KR20100040871A - 액체를 처리하고 액체 내의 특정 성분(예를 들어, 나노입자)을 제조하기 위한 연속적인 방법, 장치 및 그로부터 생성된 나노입자 및 나노입자/액체 용액(들) - Google Patents

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Abstract

나노입자, 마이크로입자 및 나노입자/액체 용액(들)의 연속적인 제조를 위한 방법 및 디바이스가 개시된다. 나노입자(및/또는 미크론-크기 입자)는 다양한 가능한 조성, 크기 및 형상을 포함한다. 입자(예를 들어, 나노입자)는 적어도 하나의 조정 가능한 플라즈마(예를 들어, 적어도 하나의 AC 및/또는 DC 전원에 의해 생성됨)를 이용함으로써 액체(예를 들어, 물) 내에 존재(예를 들어 생성)될 수 있다. 연속적인 프로세스는 적어도 하나의 홈통 부재 내로, 이 홈통 부재를 통해, 이 홈통 부재로부터 적어도 하나의 액체가 유동할 수 있게 하고, 이러한 액체는 상기 홈통 부재(들) 내에서 프로세싱되고, 조절되고 그리고/또는 영향을 받는다.

Description

액체를 처리하고 액체 내의 특정 성분(예를 들어, 나노입자)을 제조하기 위한 연속적인 방법, 장치 및 그로부터 생성된 나노입자 및 나노입자/액체 용액(들) {CONTINUOUS METHODS FOR TREATING LIQUIDS AND MANUFACTURING CERTAIN CONSTITUENTS (E.G., NANOPARTICLES) IN LIQUIDS, APPARATUSES AND NANOPARTICLES AND NANOPARTICLE/LIQUID SOLUTION(S) RESULTING THEREFROM}
본 발명은 일반적으로 나노입자, 마이크로입자 및 나노입자/액체 용액(들)의 연속적인 제조를 위한 신규한 방법 및 신규한 디바이스에 관한 것이다. 나노입자(및/또는 미크론-크기 입자)는 다양한 가능한 조성, 크기 및 형상을 포함한다. 입자(예를 들어, 나노입자)는 예를 들어 바람직하게는 적어도 하나의 조정 가능한 플라즈마(예를 들어, 적어도 하나의 AC 및/또는 DC 전원에 의해 생성됨)를 이용함으로써 액체(예를 들어, 물) 내에 존재(예를 들어, 생성)하게 될 수 있는데, 이 플라즈마는 액체의 표면의 적어도 일부와 통신한다. 적어도 하나의 후속의 및/또는 실질적으로 동시의 조정 가능한 전기 화학적 프로세싱 기술이 또한 바람직하다. 다수의 조정 가능한 플라즈마 및/또는 조정 가능한 전기 화학적 프로세싱 기술이 바람직하다. 연속적인 프로세스는 적어도 하나의 액체가 적어도 하나의 홈통(trough) 부재 내로, 홈통 부재를 통해 그리고 홈통 부재로부터 유동할 수 있게 하고, 이러한 액체는 상기 홈통 부재(들) 내에서 프로세싱되고, 조절되고 그리고/또는 영향을 받는다. 결과는 액체 내에 존재하는 신규한 크기, 형상, 조성 및 특성의 미크론-크기 입자 및/또는 나노입자(예를 들어, 금속 기반 나노입자)를 포함하는 액체 내에 형성된 성분(constituent)을 포함한다.
브라이언 엘. 쿠싱(Brian L. Cushing), 블라디미르 엘. 콜렌스니첸코(Bladimire L. Kolesnichenko) 및 찰스 제이. 오코너(Charles J. O'Connor)에 의해 저술되어 미국 화학 학회(American Chemical Society)에 의해 2004년에 화학 리뷰(Chemical Review), 104권, 페이지 3893 내지 3946에 발표된 "무기 나노입자의 액상 합성의 최근의 진보(Recent Advances in the Liquid-Phase Syntheses of Inorganic Nanoparticles)"에 설명된 기술을 포함하는 다수의 기술이 나노입자의 생산을 위해 존재하는데, 이 문헌의 요지는 본 명세서에 명백히 참조로 포함되어 있다.
또한, 클레멘스 버다(Clemens Burda), 지아오보 첸(Xiaobo Chen), 라다 나라야난(Radha Narayanan) 및 모스타파 에이. 엘-사예드(Mostafa A. El-Sayed)에 의해 저술되어 미국 화학 학회에 의해 2005년에 화학 리뷰, 105권, 페이지 1025 내지 1102에 발표된 논문 "상이한 형상의 나노결정의 화학 및 특성(Chemistry and Properties of Nanocrystals of Different Shapes)"은 추가의 프로세싱 기술을 개시하고 있고, 이 논문의 요지는 본 명세서에 명백히 참조로 포함되어 있다.
벤자민 와일리(Benjamin Wiley), 유강 선(Yugang Sun), 브라이언 마이어스(Brian Mayers) 및 유난 시아(Younan Xia)에 의해 저술되어 화학-유럽 저널(Chemistry-A European Journal)에 발표된 논문 "나노입자의 형상 제어(Shape Control of Silver Nanoparticles)"의 요지는 본 명세서에 명백히 참조로 포함되어 있다.
또한, 발명의 명칭이 나노입자 성장을 제어하는 방법(Methods of Controlling Nanoparticle Growth)인 머킨(Mirkin) 등의 2006년 4월 25일 공개된 미국 특허 제7,033,415호 및 발명의 명칭이 비합금 코어 쉘 나노입자(Non-Alloying Core Shell Nanoparticles)인 머킨 등의 2006년 11월 14일 공개된 미국 특허 제7,135,055호는 모두 나노입자의 성장을 위한 추가의 기술을 개시하고 있고, 이들 특허의 모두의 요지는 본 명세서에 명백히 참조로 포함되어 있다.
더욱이, 발명의 명칭이 나노프리즘 및 그 제조 방법(Nanoprisms and Method of Making them)인 진(Jin) 등의 2006년 11월 14일 공개된 미국 특허 제7,135,054호가 또한 본 명세서에 명백히 참조로 포함되어 있다.
본 발명은 공지된 프로세싱 기술에 존재하는 다양한 결점/단점을 극복하고 이전에는 성취 불가능하였던 다양한 형상 및 크기의 나노입자 및/또는 신규한 나노입자/액체 재료를 제조하기 위한 신규하고 제어 가능한 프로세스를 성취하도록 개발되었다.
본 발명은 일반적으로 미크론-크기 입자, 나노입자 및 나노입자/액체(들) 용액(들)을 포함하는 액체 내의 다양한 성분의 연속적인 제조를 위한 신규한 방법 및 신규한 디바이스에 관한 것이다. 생산된 나노입자는 다양한 신규하고 흥미있는 물리적, 촉매적, 바이오 촉매적 및/또는 생물 물리적 특성을 나타내는 다양한 가능한 조성물, 크기 및 형상을 포함할 수 있다. 프로세스 중에 사용되고 생성되고/개질된 액체(들)는 미크론-크기 입자 및 나노입자의 제조 및/또는 기능화에 중요한 역할을 한다. 입자(예를 들어, 나노입자)는 예를 들어 바람직하게는 적어도 하나의 조정 가능한 플라즈마(예를 들어, 적어도 하나의 AC 및/또는 DC 전원에 의해 생성됨)를 이용함으로써 적어도 하나의 액체(예를 들어, 물) 내에 존재(예를 들어, 생성)하게 되고, 이 조정 가능한 플라즈마는 액체의 표면의 적어도 일부와 통신한다. 다양한 조성(들) 및/또는 고유의 구성의 금속 기반 전극이 조정 가능한 플라즈마(들)의 형성에 사용하기에 적합하지만, 비금속 기반 전극이 또한 이용될 수 있다. 적어도 하나의 후속의 및/또는 실질적으로 동시의 조정 가능한 전기 화학적 프로세싱 기술의 이용이 또한 바람직하다. 다양한 조성(들) 및/또는 고유의 구성의 금속 기반 전극은 전기 화학적 프로세싱 기술(들)에 사용하기에 바람직하다. 전기장, 자기장, 전자기장, 전기 화학, pH 등이 조정 가능한 플라즈마(들) 및/또는 조정 가능한 전기 화학적 프로세싱 기술(들)에 의해 전적으로 영향을 받을 수 있는 변수들 중 일부이다. 다수의 조정 가능한 플라즈마 및/또는 조정 가능한 전기 화학적 기술이 다수의 본 발명의 프로세싱 장점, 뿐만 아니라 바람직한 실시예의 교시를 실시하는 것으로부터 발생하는 다수의 신규한 조성물을 성취하는데 바람직하다. 전체 프로세스는 다수의 부수적인 이득을 갖는 연속적인 프로세스이고, 여기서 적어도 하나의 액체, 예를 들어 물이 홈통 내로 유입되고 적어도 하나의 홈통 부재로부터 유출되고 이러한 액체는 상기 적어도 하나의 조정 가능한 플라즈마 및/또는 상기 적어도 하나의 조정 가능한 전기 화학적 기술에 의해 프로세싱되고, 조절되고, 개질되고, 그리고/또는 영향을 받는다. 연속적인 프로세싱의 결과는 액체 내의 신규한 성분, 액체 내에 현탁된 신규한 크기, 형상, 조성 및/또는 특성의 미크론-크기 입자, 나노입자(예를 들어, 금속 기반 나노입자)를 포함하고, 이러한 나노입자/액체 혼합물은 효율적이고 경제적인 방식으로 생산된다.
용어 "홈통 부재"는 명세서 전체에 걸쳐 사용된다. 이 용어는 본 발명에 개시된 프로세스와 적합하는 한, 파이프, 하프 파이프(half pipe), 재료 또는 물체 내에 존재하는 채널 또는 홈, 도관, 덕트, 튜브, 슈트(chute), 호스 및/또는 배수구(spout)를 포함하는 다양한 유체 취급 디바이스를 의미하는 것으로서 이해되어야 한다.
특정 결정 성장 기술을 적용하는 것과 같은 추가의 프로세싱 기술이 2003년 3월 21일 출원된 발명의 명칭이 재료 및 시스템 내의 결정 성장, 결정화, 구조 및 상태의 제어 방법(Methods for Controlling Crystal Growth, Crystallization, Structures and Phases in Materials and Systems)인 계류중인 특허 출원에 개시되어 있는데, 이 출원은 2003년 10월 203일자로 공개 번호 WO 03/089692호로 세계 지적재산권 기구(World Intellectual Property Organization)에 의해 공개되었고 2005년 6월 6일에 미국 국내 단계에 진입하여 2006년 2월 23일에 공개 번호 제20060037177호로 미국 특허청에 의해 공개되었다[각 출원의 발명자는 벤틀리 제이. 블럼(Bentley J. Blum), 줄리아나 에이치. 제이. 브룩스(Juliana H. J. Brooks) 및 마크 지. 모텐슨(Mark G. Mortenson)임]. 양 출원의 요지는 본 명세서에 명백히 참조로서 포함되어 있다. 이들 출원은 예를 들어 어떠한 방식으로 용액으로부터 하나 이상의 특정 결정들 또는 결정 형상이 바람직하게 성장하는지를 교시하고 있다. 또한, 건조, 농축 및/또는 빙결 건조가 또한 예를 들어 탈수된 나노입자를 생성하는 현탁액의 적어도 일부 또는 실질적으로 전체를 제거하는데 이용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예의 중요한 양태는 조정 가능한 플라즈마의 생성을 포함하고, 이 조정 가능한 플라즈마는 액체의 표면의 적어도 일부에 인접하여(예를 들어, 상부에) 위치된 적어도 하나의 전극과 액체 자체의 표면의 적어도 일부 사이에 위치된다. 액체는 적어도 하나의 제2 전극(또는 복수의 제2 전극)과 전기적으로 통신하여 배치되어 액체의 표면이 조정 가능한 플라즈마를 형성하는 것을 돕는 전극으로서 기능하게 한다. 이 구성은 액체의 표면이 이 구성에 참여하는 활성 전극인 것을 제외하고는 유전성 배리어 방전 구성과 유사한 특정 특징을 갖는다.
이용된 각각의 조정 가능한 플라즈마는 액체 내의 임의의 위치에(예를 들어, 액체 내에 적어도 부분적으로) 위치되어 있는 적어도 하나의 전기 전도성 전극에 기인하여 액체의 표면과 액체의 표면 상부에 위치된 적어도 하나의 전극 사이에 위치될 수 있다. 적어도 하나의 전원(바람직한 실시예에서, 변압기와 같은 전류량과 전압의 적어도 하나의 소스)이 액체의 표면 상부에 위치된 적어도 하나의 전극과 액체의 표면에 접촉하는 적어도 하나의 전극(예를 들어, 액체 내에 적어도 부분적으로 또는 실질적으로 완전히 위치됨) 사이에 전기적으로 접속된다. 전극(들)은 임의의 적합한 조성 및 적합한 물리적인 구성(예를 들어, 크기 및 형상)을 가질 수 있는데, 이는 액체의 표면의 상부에 위치된 전극(들)과 액체 자체의 표면의 적어도 일부 사이의 바람직한 플라즈마의 생성을 초래한다.
전극(들)(예를 들어, 플라즈마를 형성하기 위한 적어도 하나의 전극으로서 기능하는 액체의 표면을 포함함) 사이에 인가된 전력(예를 들어, 전압 및 전류량)은 AC 및 DC 소스의 모두 및 이들의 변형 및 조합을 포함하는 임의의 적합한 소스(예를 들어, 변압기로부터의 전압)에 의해 생성될 수 있다. 일반적으로, 내부에(예를 들어, 적어도 부분적으로 액체의 표면의 아래에) 위치된 전극 또는 전극 조합은 액체 또는 용액에 전압 및 전류를 공급함으로써 플라즈마의 생성에 참여하지만, 조정 가능한 플라즈마는 실제로 액체의 표면의 상부에(예를 들어, 그 팁 또는 첨단에) 위치된 전극(들)의 적어도 일부분과 액체 표면 자체의 하나 이상의 부분 또는 영역 사이에 위치된다. 이와 관련하여, 조정 가능한 플라즈마는 전극(들)과 액체의 표면 주위 및/또는 사이의 가스 또는 증기의 파괴 전압이 성취되거나 유지될 때 전술된 전극들(즉, 액체의 표면의 적어도 일부분과 액체 표면 자체의 부분 상부에 위치된 전극들) 사이에 생성될 수 있다.
본 발명의 일 바람직한 실시예에서, 액체는 물을 포함하고, 물의 표면과 물의 표면 상부의 전극(들) 사이의 가스(즉, 조정 가능한 플라즈마의 형성에 참여하는 가스 또는 분위기)는 공기를 포함한다. 공기는 본 발명에 따라 생산되는 상이한 조성, 크기 및/또는 형상의 나노입자(예를 들어, 조정 가능한 플라즈마 및/또는 용액 내의 상이한 양의 특정 성분은 액체의 표면 상부에 위치된 공기 내의 물 함유량의 함수일 수 있음) 뿐만 아니라 상이한 프로세싱 시간 등을 초래할 수 있는 다양한 상이한 물 함유량(들) 또는 원하는 습도를 포함하도록 제어될 수 있다.
건조 공기에 대한 표준 압력 및 온도에서의 파괴 전기장은 약 3 MV/m 또는 약 30 kV/cm이다. 따라서, 예를 들어 금속 지점 주위의 국부 전기장이 약 30 kV/cm를 초과할 때, 플라즈마가 건조 공기 내에서 생성될 수 있다. 수학식 1은 파괴 전기장("Ec")과 2개의 전극 사이의 거리("d")(미터 단위) 사이의 실험적인 관계를 제공하고 있다.
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물론, 파괴 전기장("Ec")은 전극 사이에 위치된 가스의 특성 및 조성의 함수로서 변할 수 있을 것이다. 이와 관련하여, 물이 액체인 바람직한 실시예에서, 상당한 양의 수증기가 "전극들" 사이의(즉, 물의 표면 상부에 위치된 적어도 하나의 전극과 플라즈마 형성을 위한 일 전극으로서 기능하는 물 표면 자체 사이) 공기 내에 고유하게 존재할 수 있고, 이러한 수증기는 이들 사이에 플라즈마를 생성하는데 요구되는 적어도 파괴 전기장에 영향을 미쳐야 한다. 또한, 더 높은 농도의 수증기가 물의 표면과 조정 가능한 플라즈마의 상호 작용에 기인하여 생성된 플라즈마 내에 그리고 그 주위에 국부적으로 존재하게 될 수 있다. 생성된 플라즈마 내에 그리고 그 주위에 존재하는 "습도"의 양은 이하에 더 상세히 설명되는 다양한 기술에 의해 제어되거나 조정될 수 있다. 마찬가지로, 임의의 액체 내에 존재하는 특정 성분이 액체의 표면과 액체의 표면에 인접하여(예를 들어, 표면을 따라) 위치된 전극(들) 사이에 위치된 조정 가능한 플라즈마를 형성하는 성분의 적어도 일부분을 형성할 수 있다. 조정 가능한 플라즈마의 성분, 뿐만 아니라 플라즈마 자체의 물리적인 특성은 액체 뿐만 아니라 특정 프로세싱 기술(이하에 더 상세히 설명됨)에 상당한 영향을 미칠 수 있다.
전극 및 전극에 인접하여 생성된 전기장 강도는 통상적으로 전극의 표면에서 최대이고 통상적으로 그로부터 거리가 증가함에 따라 감소한다. 액체의 표면과 액체에 인접하여(예를 들어, 상부에) 위치된 적어도 하나의 전극(들) 사이의 조정 가능한 플라즈마의 생성을 수반하는 경우에, 액체의 표면 상부에 위치된 전극(들)과 액체 표면 자체의 적어도 일부분 사이의 가스의 체적의 부분은 조정 가능한 플라즈마를 생성하기 위해 충분한 파괴 전기장을 포함할 수 있다. 이들 생성된 전기장은 예를 들어, 조정 가능한 플라즈마의 거동, 액체의 거동, 액체 내의 성분의 거동 등에 영향을 미칠 수 있다.
이와 관련하여, 도 1a는 예를 들어 방향("F")으로 유동하는 액체(3)의 표면(2)의 상부에 거리("x")에 위치된 삼각형 단면 형상을 갖는 점 소스 전극(1)의 일 실시예를 도시하고 있다. 조정 가능한 플라즈마(4)는 적절한 전원(10)이 점 소스 전극(1)과 전극(5) 사이에 접속될 때 전극(1)의 팁 또는 첨단(9)과 액체(3)의 표면(2) 사이에 생성될 수 있고, 이 전극(5)은 액체(3)와 통신한다[예를 들어, 적어도 부분적으로는 액체(3)의 표면(2) 아래에 있음]. 특정 조건 하에서, 전극(5)의 팁(9')은 실제로는 액체(3)의 벌크 표면(2) 약간 상부에 물리적으로 위치될 수 있지만, 액체는 여전히 "테일러 원추(Taylor cones)"로서 알려진 현상을 통해 전극과 통신한다는 것을 주목해야 한다. 테일러 원추는 그 요지가 본 명세서에 명백히 참조로서 포함되어 있는 발명의 명칭이 오존 생성 및 물의 처리를 위한 방법 및 장치(Method and Apparatus for Ozone Generation and Treatment of Water)인 인큐렛(Inculet)에 1995년 12월 26일 허여된 미국 특허 제5,478,533호에 설명되어 있다. 이와 관련하여, 도 1b는 테일러 원추("T")가 전극(5)과 액체(3)의 표면[또는 실제로 유효 표면(2')] 사이의 전기적인 접속을 위해 이용되는 것을 제외하고는 도 1a에 도시되어 있는 것과 유사한 전극 구성을 도시하고 있다. 테일러 원추의 생성 및 사용은 본 명세서의 다른 부분에서 더 상세히 논의된다.
도 1a에 도시되어 있는 실시예에서 생성된 조정 가능한 플라즈마 영역(4)은 통상적으로 프로세스의 적어도 일부분에서 원투형 구조에 대응하는 형상을 가질 수 있고, 본 발명의 몇몇 실시예에서는 실질적으로 모든 프로세스에서 이러한 원추형 형상을 유지할 수 있다. 조정 가능한 플라즈마(들)(4)의 체적, 강도, 성분(예를 들어, 조성), 활동도, 정밀한 위치 등은 이들에 한정되는 것은 아니지만, 거리("x"), 전극(1)의 물리적 및/또는 화학적 조성, 전극(1)의 형상, 전원(10)(예를 들어, DC, AC, 정류된 AC, DC의 인가된 극성 및/또는 정류된 AC, RF 등), 전원에 의해 인가된 전력(예를 들어, 인가된 전압, 인가된 전류량, 전자 속도 등), 인가된 전원에 의해 생성된 전기장 및/또는 자기장의 주파수 및/또는 크기 또는 주위, 전기장, 자기장 또는 전자기장, 음향장, 전극(1)과 액체(3)의 표면(2) 사이 및/또는 주위의 자연적으로 발생한 또는 공급된 가스 또는 분위기(예를 들어, 공기, 질소, 헬륨, 산소, 오존, 환원 분위기 등)의 조성, 방향("F")에서의 액체(3)의 온도, 압력, 체적, 유량, 스펙트럼 특징, 액체(3)의 조성, 액체(3)의 전도도, 전극(1, 5)에 인접한 그리고 그 주위의 액체의 단면적(예를 들어, 체적)[예를 들어, 액체(3)가 조정 가능한 플라즈마(4)와 상호 작용하도록 허용된 시간의 양 및 이러한 상호 작용의 강도], 액체(3)의 표면(2) 또는 표면(2)에 인접한 분위기 유동(예를 들어, 공기 유동)의 존재(예를 들어, 제공된 팬(들) 또는 분위기 이동 수단) 등(본 명세서에서 이하에 더 상세히 설명됨)을 포함하는 다수의 팩터에 따라 다양할 수 있다.
도 1a의 조정 가능한 플라즈마(들)(4)의 생성에 수반되는 전극(들)(1)의 조성은 본 발명의 일 바람직한 실시예에서, 금속 기반 조성물(예를 들어, 플래티늄, 금, 은, 아연, 구리, 티타늄 및/또는 이들의 합금 또는 혼합물 등과 같은 금속)이지만, 전극(1, 5)은 본 명세서에 개시된 본 발명의 다양한 양태(예를 들어, 프로세싱 파라미터)와 적합한 임의의 적합한 재료로 제조될 수도 있다. 이와 관련하여, 액체(3)(예를 들어, 물)의 표면(2) 상부의 공기 내의 플라즈마(4)의 생성은 통상적으로 적어도 몇몇 오존, 뿐만 아니라 일정량의 산화질소 및 다른 성분(본 명세서의 다른 부분에서 더 상세히 설명됨)을 생성할 것이다. 이들 생성된 성분은 제어될 수 있고, 생성된 최종 나노입자 및/또는 나노입자/용액의 형성 및/또는 성능에 도움이 되거나 해로울 수 있고, 본 명세서에서 이하에 더 상세히 설명되는 다양한 상이한 기술에 의해 제어될 필요가 있을 수도 있다. 또한, 각각의 플라즈마(4)의 방출 스펙트럼은 또한 유사한 팩터의 함수이다(본 명세서에서 이하에 더 상세히 설명됨). 도 1a에 도시되어 있는 바와 같이, 조정 가능한 플라즈마(4)는 실제로 액체(3)의 표면(2)에 접촉한다. 본 발명의 이 실시예에서, 전극(1)으로부터의 재료(예를 들어, 금속)는 조정 가능한 플라즈마(4)의 부분을 포함할 수 있고(예를 들어, 따라서 플라즈마의 방출 스펙트럼의 부분일 수 있음), 예를 들어 액체(3)(예를 들어, 물) 상에 및/또는 그 내에 "스퍼터링"될 수 있다. 따라서, 금속(들)이 전극(들)(1)으로서 사용될 때, 원소 금속(들), 금속 이온, 루이스 산(Lewis acid), 브뢴스테드-로우리(Bronsted-Lowry) 산, 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 수소화물, 금속 수산화물 및/또는 금속 탄화물 등은 조정 가능한 플라즈마(4)와 관련된 특정 세트의 작동 조건에 따라 액체(3) 내에서(예를 들어, 플라즈마의 적어도 일부에 대해) 발견될 수 있다. 이러한 성분은 일시적으로 존재할 수 있거나 또는 반영구적 또는 영구적일 수도 있다. 또한, 예를 들어, 액체(3) 내의 및 그 주위의 전기장, 자기장 및/또는 전자기장 강도 및 액체(3)의 체적, 전극(들)(1, 5)의 물리적 및 화학적 구성, 분위기(자연적으로 발생하거나 공급된), 액체 조성에 따라(본 명세서의 다른 부분에서 더 상세히 설명됨), 더 많거나 적은 양의 전극(들) 재료(들)[예를 들어, 금속(들) 또는 금속의 유도체]가 액체(3) 내에서 발견될 수 있다. 특정 상황에서, 액체(3) 또는 플라즈마(4) 내에서 발견된 재료(들)[예를 들어, 금속(들) 또는 금속(들) 복합 재료(들)] 또는 성분(예를 들어, 루이스 산, 브뢴스테드-로우리 산 등)은 매우 바람직한 효과를 가질 수 있는데, 이 경우에 비교적 많은 양의 이러한 재료가 바람직할 수 있고, 반면에 다른 경우에 액체(3) 내에서 발견되는 특정 재료(예를 들어, 부산물)는 바람직하지 않은 효과를 가질 수 있고 따라서 최소량의 이러한 재료가 액체 기반 최종 생성물에 요구될 수 있다. 따라서, 전극 조성물은 본 명세서에 개시된 실시예에 따라 형성된 재료에서 중요한 역할을 할 수 있다. 본 발명의 이들 성분 사이의 상호 작용은 본 명세서에서 이하에 더 상세히 설명된다.
또한, 전극(들)(1, 5)은 본 명세서에서 이하에 설명되는 액체의 다양한 조성 및/또는 구조 및/또는 특정 효과를 성취하기 위해 유사한 화학적 조성 및/또는 기계적 구성 또는 완전히 상이한 조성을 가질 수 있다.
전극(들)(1, 5) 사이, 또는 전극(들)(1, 1)(본 명세서에서 이하에 나타냄) 사이 또는 전극(들)(5, 5)(본 명세서에서 이하에 나타냄) 사이의 거리는 본 발명의 일 중요한 양태이다. 일반적으로, 본 발명에 사용된 전극(들)의 가장 근접한 부분 사이의 최소 거리("y")의 위치는 전극[예를 들어, 전극(들)(1)과 전극(들)(5)] 사이에서 발생하는 원하지 않는 코로나 또는 플라즈마의 형성 또는 바람직하지 않은 아크를 방지하기 위해 거리("x")보다 커야 한다. 전극 디자인, 전극 위치 및 다양한 전극 사이의 전극 상호 작용과 관련된 본 발명의 특징이 본 명세서에서 이하에 더 상세히 설명된다.
전원(10)을 통해 인가된 전력은 본 발명의 모든 프로세스 조건 하에서 바람직한 조정 가능한 플라즈마(4)를 생성하는 임의의 적합한 전력일 수 있다. 본 발명의 일 바람직한 모드에서, 셋업 변압기(본 명세서에서 이하에 더 상세히 설명됨)로부터의 교류 전류가 이용된다. 다른 바람직한 실시예에서, 정류된 AC 소스가 양으로 대전된 전극(1) 및 음으로 대전된 액체(3)의 표면(2)을 생성한다. 다른 바람직한 실시예에서, 정류된 AC 소스는 음으로 대전된 전극(1) 및 양으로 대전된 액체(3)의 표면(2)을 생성한다. 또한, RF 전원과 같은 다른 전원이 또한 본 발명과 함께 사용 가능하다. 일반적으로, 전극(들) 성분(1, 5)의 조합, 전극(들)(1, 5)의 물리적인 크기 및 형상, 전극 제조 프로세스, 전극(1 및/또는 5)의 질량, 액체(3)의 표면(2) 상부의 전극(1)의 팁(9) 사이의 거리("x"), 전극 팁(9)과 표면(2) 사이의 가스의 조성, 액체(3)의 유량 및/또는 유동 방향("F"), 제공된 액체(3)의 양, 전원(10)의 유형은 모두 액체(3)의 표면(2)과 전극 팁(9) 사이에 제어된 또는 조정 가능한 플라즈마(4)를 얻는데 요구되는 디자인 및 따라서 전력 요구(예를 들어, 파괴 전기장)에 기여한다.
도 1a에 도시되어 있는 구성을 더 참조하면, 전극 홀더(6a, 6b)는 임의의 적합한 수단에 의해 하강되고 상승될 수 있다(따라서, 전극이 하강되고 상승될 수 있음). 예를 들어, 전극 홀더(6a, 6b)는 절연 부재(8)(단면도로 도시되어 있음) 내에서 절연 부재(8)를 통해 하강되고 상승될 수 있다. 여기에 도시되어 있는 기계적인 실시예는 수/암 나사 나사산을 포함한다. 부분(6a, 6b)은 예를 들어 추가의 전기 절연부(7a, 7b)에 의해 덮여질 수 있다. 전기 절연부(7a, 7b)는 그 각각이 전극 홀더(6a, 6b)와 인터페이싱할 때(예를 들어, 전극의 높이를 조정하도록 시도함) 발생할 수 있는 바람직하지 않은 전류, 전압, 아크 발생 등을 방지하는 임의의 적합한 재료[예를 들어, 플라스틱, 폴리카보네이트, 폴리(메틸 메타크릴레이트), 폴리스티렌, 아크릴, 폴리염화비닐(PVC), 나일론, 고무, 섬유 재료 등]일 수 있다. 마찬가지로, 절연 부재(8)는 바람직하지 않은 전기 이벤트(예를 들어, 아크 발생, 용융 등)가 발생하는 것을 방지하는 임의의 적합한 재료, 뿐만 아니라 본 발명을 실시하기에 구조적으로 환경적으로 적합한 임의의 재료로 제조될 수 있다. 통상적인 재료는 폴리카보네이트, 플렉시글래스(plexiglass)[폴리(메틸 메타크릴레이트)], 폴리스티렌, 아크릴 등과 같은 구조 플라스틱을 포함한다. 본 발명과 함께 사용하기 위한 추가의 적합한 재료는 본 명세서의 다른 부분에서 더 상세히 설명된다.
도 1c는 전극(1, 5)을 상승 및 하강시키기 위한 다른 실시예를 도시하고 있다. 이 실시예에서, 각각의 전극의 전기 절연부(7a, 7b)는 마찰 메커니즘(13a, 13b, 13c)과 부분(7a, 7b) 사이에 존재하는 압력 끼워맞춤부에 의해 적소에 유지된다. 마찰 메커니즘(13a, 13b, 13c)은 충분한 접촉이 이들 사이에 유지되는 한, 예를 들어 탄성강, 가요성 고무 등으로 제조될 수 있다.
전극(1, 5)을 자동으로 상승시키고 그리고/또는 하강시키기 위한 바람직한 기술이 이하에 설명된다. 전원(10)은 전극(1, 5)에 임의의 적합한 전기적인 방식으로 접속될 수 있다. 예를 들어, 와이어(11a, 11b)는 부분(11a, 11b) 및 따라서 전극(1, 5) 사이의 전기 접속을 성취하는 주요 목적을 갖고 전극 홀더(6a, 6b)[및/또는 전기 절연부(7a, 7b)]의 적어도 일부 내에 배치될 수 있다.
도 2a는 본 발명의 바람직한 실시예의 다른 개략도를 도시하고 있고, 여기서 본 발명의 제어 디바이스(20)가 전극(1, 5)에 접속되어 제어 디바이스(20)가 액체(3)의 표면(2)에 대해 전극(1, 5)을 원격으로(예를 들어, 다른 디바이스로부터의 명령시에) 상승시키고 그리고/또는 하강시키게 된다. 본 발명의 제어 디바이스(20)는 본 명세서에서 이하에 더 상세히 설명된다. 본 발명의 이 하나의 바람직한 양태에서, 전극(1, 5)은 예를 들어 원격으로 하강되고 제어될 수 있고, 소프트웨어 프로그램(본 명세서에서 이하에 더 상세히 설명됨)을 포함하는 적합한 제어기 또는 컴퓨터(도 2a에는 도시되어 있지 않음)에 의해 또한 모니터링되고 제어될 수 있다. 이와 관련하여, 도 2b는 테일러 원추("T")가 전극(5)과 액체(3)의 표면[또는 유효 표면(2')] 사이의 전기적인 접속을 위해 이용되는 것을 제외하고는, 도 2a에 도시되어 있는 것과 유사한 전극 구성을 도시하고 있다. 따라서, 도 1a, 도 1b 및 도 1c에 도시되어 있는 실시예는 본 발명의 기술과 함께 사용하기 위한 수동 제어형 장치로 고려되어야 하고, 반면에 도 2a 및 도 2b에 도시되어 있는 실시예는 적절한 명령에 응답하여 전극(1, 5)을 원격으로 상승시키고 하강시킬 수 있는 자동 장치 또는 조립체를 포함하는 것으로 고려되어야 한다. 또한, 도 2a 및 도 2b의 본 발명의 바람직한 실시예는 또한 표면(2)(본 명세서에서 이하에 더 상세히 설명됨)으로부터 이격하여 전극(1)의 팁(9)[및 전극(5)의 팁(9')]의 거리("x")의 컴퓨터 모니터링 및 컴퓨터 제어를 이용할 수 있다. 따라서, 전극(1, 5)을 상승시키고 그리고/또는 하강시키기 위한 적절한 명령은 제어기 또는 컴퓨터(도 2a에는 도시되어 있지 않음)와 같은 적합한 제어 디바이스 및/또는 개별 연산자로부터 도래할 수 있다.
도 3a는 도 2a 및 도 2b에 대부분 대응하지만, 도 3b, 도 3c 및 도 3d는 본 발명의 특정 바람직한 실시예와 연계하여 이용될 수 있는 다양한 대안적인 전극 구성을 도시하고 있다. 도 3b는 도 3a에 도시되어 있는 전극 조립체로부터 본질적으로 경면 이미지 전극 조립체를 도시하고 있다. 특히, 도 3b에 도시되어 있는 바와 같이, 액체(3)의 유동 방향에 대응하는 방향("F")에 대해, 전극(5)은 종방향("F")으로 유동할 때 유체(3)와 통신하고 전극(1)에서 생성되는 플라즈마(4)와 접촉하는 제1 전극이다. 도 3c는 유체(3) 내에 배치된 2개의 전극(5a, 5b)을 도시하고 있다. 이 특정 전극 구성은 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 대응한다. 특히, 본 명세서에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 도 3c에 도시되어 있는 전극 구성은 단독으로 사용될 수 있거나, 또는 예를 들어 도 3a 및 도 3b에 도시되어 있는 전극 구성과 조합하여 사용될 수 있다. 유사하게, 제4 가능한 전극 구성이 도 3d에 도시되어 있다. 이 도 3d에서, 어떠한 전극(들)(5)도 도시되어 있지 않고, 오히려 단지 전극(1a, 1b)만이 도시되어 있다. 이 경우에, 2개의 조정 가능한 플라즈마(4a, 4b)는 전극 팁(9a, 9b)과 액체(3)의 표면(2) 사이에 존재한다. 거리("xa", "xb")는 각각의 거리("xa", "xb")가 전극(9a/9b)과 액체(3)의 표면(2) 사이에 플라즈마(4)가 형성될 수 있는 최대 거리를 초과하지 않는 한, 대략 동일할 수 있고 또는 실질적으로 상이할 수 있다. 전술된 바와 같이, 도 3d에 도시되어 있는 전극 구성은 단독으로 사용될 수 있거나, 또는 도 3a, 도 3b 및 도 3c에 도시되어 있는 전극 구성 중 하나 이상과 조합하여 사용될 수 있다. 유체 유동 방향("F")에 대해 특정 전극 구성을 서로 조합하여 이용하는 것의 바람직함은 본 명세서에서 이하에 더 상세히 설명된다.
마찬가지로, 도 1a에 일반적으로 대응하는 일 세트의 수동 제어 가능한 전극 구성이 도 4a, 도 4b, 도 4c 및 도 4d에 도시되어 있는데, 이들 모두는 부분 단면도로 도시되어 있다. 구체적으로, 도 4a는 도 1a에 대응한다. 더욱이, 도 4b는 도 3b에 도시되어 있는 전극 구성에 전극 구성에서 대응하고, 도 4c는 도 3c에 대응하고, 도 4d는 도 3d에 대응한다. 본질적으로, 도 4a 내지 도 4d에 도시되어 있는 수동 전극 구성은 도 3a 내지 도 3d에 도시되어 있는 원격 조정 가능한(예를 들어, 컴퓨터 또는 제어기 수단에 의해 원격 제어됨) 전극 구성에 대응하여 생산된 이들 재료와 유사한 본 발명의 특정 양태에 따라 생성된 재료를 기능적으로 형성할 수 있다. 다양한 전극 구성 조합을 이용하는 바람직함은 본 명세서에서 이하에 더 상세히 설명된다.
도 5a 내지 도 5e는 도 1 내지 도 4(뿐만 아니라 다른 도면 및 이하에 설명되는 실시예)에 도시되어 있는 전극(1)을 위한 다양한 바람직한 전극 구성의 사시도를 도시하고 있다. 도 5a 내지 도 5e에 도시되어 있는 전극 구성은 본 발명의 다양한 실시예에 유용한 다수의 상이한 구성을 대표한다. 전극(1)에 대한 적절한 전극 선택을 위한 기준은 이들에 한정되는 것은 아니지만, 이하의 조건, 즉 매우 양호하게 규정된 팁 또는 첨단(9)에 대한 요구, 조성, 기계적인 제한, 전극(1)을 포함하는 재료로부터 형상을 만드는 능력, 편의성, 플라즈마(4) 내에 도입된 성분, 액체(3)에 대한 영향 등을 포함한다. 이와 관련하여, 예를 들어 도 1 내지 도 4에 도시되어 있는 전극(1)을 포함하는 소질량의 재료는 본 발명에 따른 조정 가능한 플라즈마(4)의 기준에서(본 명세서에 이하에 더 상세히 설명됨), 전극(들)의 크기 및/또는 형상이 악영향을 받을 수 있는 작동 온도를 발생시킨다. 이와 관하여, 예를 들어 전극(1)이 비교적 작은 질량을 갖고[예를 들어, 전극(들)(1)이 은으로 제조되어 약 5 g 이하의 중량을 가짐] 매우 미세한 첨단을 포함하면, 미세한 첨단(예를 들어, 단지 수 밀리미터의 직경을 갖고 수백 내지 수천 볼트에 노출되는 얇은 와이어 또는 삼각형 형상의 금속편)이 전극(1)으로서 기능할 수 없는 특정 세트의 조건하에서 몇몇 유형의 추가의 상호 작용(예를 들어, 팬 등과 같은 냉각 수단)이 결여될 가능성이 있다. 따라서, 전극(들)(1)(예를 들어, 전극을 포함하는 재료)의 조성이 예를 들어 융점, 압력 감도, 환경적인 반응에 기인하여 가능한 적합한 전극 물리적인 형상에 영향을 줄 수 있다[예를 들어, 조정 가능한 플라즈마(4)의 국부적인 환경이 전극(들)의 화학적, 기계적 및/또는 전기 화학적 부식을 유발할 수 있음].
더욱이, 본 발명의 대안의 바람직한 실시예에서, 양호하게 규정된 첨예한 첨단이 항상 요구되는 것은 아니라는 것을 이해해야 한다. 이와 관련하여, 도 5e에 도시되어 있는 전극(1)은 라운딩된 첨단을 포함한다. 부분적으로 라운딩되거나 아크형 전극이 또한 전극(1)으로서 기능할 수 있는데, 이는 본 명세서에 도시되어 있는 본 발명의 실시예(예를 들어, 도 1 내지 도 4 참조)에서 생성된 조정 가능한 플라즈마(4)가 라운딩된 전극 또는 더 첨예하거나 더 날카로운 특징을 갖는 전극으로부터 생성될 수 있기 때문이라는 것이 이해되어야 한다. 본 발명의 발명적인 기술의 실시 중에, 이러한 조정 가능한 플라즈마는 위치 설정될 수 있거나 또는 도 5e에 도시되어 있는 전극(1)의 다양한 점을 따라 위치될 수 있다. 이와 관련하여, 도 6은 액체(3)의 표면(2)과 전극(1) 사이에서 발생하는 플라즈마(4a 내지 4g)를 위한 시작점(9)에 대응하는 점("a 내지 g")을 도시하고 있다. 따라서, 전극(1)에 대응하는 다양한 크기 및 형상이 본 발명의 교시에 따라 이용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 본 명세서의 다양한 도면에 도시되어 있는 전극(1, 5)의 팁(9, 9') 각각은 비교적 첨예한 첨단 또는 비교적 무딘 단부로서 도시되어 있을 수 있다. 이들 전극 팁의 특정 양태가 더 개념적인 상세로 설명되지 않으면, 도면에 도시되어 있는 전극 팁(들)의 실제 형상은 그다지 중요하지 않을 수 있다.
도 7a는 홈통 부재(30) 내에 수납된 도 2a(및 도 3a)에 도시되어 있는 것에 대응하는 전극 구성의 단면 사시도를 도시하고 있다. 이 홈통 부재(30)는 도 7a의 31로서 식별된 후방면으로부터 홈통 부재에 공급되는 액체(3)를 갖고, 유동 방향("F")은 지면으로부터 독자를 향하고 32로서 식별된 단면 영역을 향한다. 홈통 부재(30)는 여기서 단일 재료의 단일편으로서 도시되어 있지만, 함께 끼워지고 예를 들어 재료를 서로 부착하기 위한 임의의 허용 가능한 수단에 의해 고정된(예를 들어, 풀로 부착되고, 기계적으로 부착됨) 복수의 재료로 제조될 수 있다. 또한, 여기에 도시되어 있는 홈통 부재(30)는 직사각형 또는 정사각형 단면 형상을 갖지만, 다양한 상이한 단면 형상(본 명세서에서 이하에 더 상세히 설명됨)을 포함할 수도 있다. 따라서, 유체(3)의 유동 방향은 지면으로부터 독자를 향하고, 액체(3)는 본 실시예에서는 홈통 부재(30) 내의 유체(3)의 종방향 유동 방향("F")에 대해 서로 실질적으로 직렬로 배치된 전극(1, 5)의 각각을 지나 유동한다. 이는 액체(3)가 먼저 조정 가능한 플라즈마(4)와의 조정 가능한 플라즈마 상호 작용(예를 들어, 조절 반응)을 경험하게 하고 이어서 조절된 유체(3)는 전극(5)과 상호 작용하게 된다. 이들 전극/액체 상호 작용 및 전극 배치(들)의 특정 바람직한 양태는 본 명세서의 다른 부분에서 더 상세히 설명된다.
도 7b는 도 2a(뿐만 아니라 도 3a)에 도시되어 있는 전극 구성의 단면 사시도를 도시하고 있지만, 이들 전극(1, 5)은 도 2a 및 도 3a에 도시되어 있는 전극(1, 5)에 대해 지면 상에서 90도로 회전되어 있다. 본 발명의 이 실시예에서, 액체(3)는 전극(1)과 액체(3)의 표면 사이에서 발생된 조정 가능한 플라즈마(4)와, 홈통 부재(30)의 종방향 유동 방향("F")(즉, 지면으로부터)을 따라 실질적으로 동일한 지점에서 전극(5)에 접촉한다. 액체(3)의 유동 방향은 홈통 부재(30)를 따라 종방향이고, 도 7a에서와 같이 지면으로부터 독자를 향한다. 이 전극 구성의 다양한 바람직한 양태가 본 명세서에서 이하에 더 상세히 설명된다.
도 8a는 도 7a에 도시되어 있는 동일한 실시예의 단면 사시도를 도시하고 있다. 이 실시예에서, 도 7a에서와 같이, 유체(3)는 먼저 전극(1)과 액체(3)의 표면 사이에 생성된 조정 가능한 플라즈마(4)와 상호 작용한다. 그 후에, 조정 가능한 플라즈마(4)에 의해 변경되어 있는(예를 들어, 조절되고, 개질되거나 준비되어 있는) 플라즈마 유도된 또는 조절된 유체(3)는 그 후에 전극(5)과 통신하고 따라서 다양한 전기 화학적 반응이 발생되게 하는데, 이러한 반응은 본 명세서의 다른 부분에서 더 상세히 설명되는 상태{유체(3)[및 유체(3) 내의 성분]의 화학적 조성, 물리적 또는 결정 구조, 여기된 상태(들) 등}에 의해 영향을 받는다. 대안의 실시예가 도 8b에 도시되어 있다. 이 실시예는 본질적으로 도 3b 및 도 4b에 도시되어 있는 이들 실시예와 일반적인 배열에서 대응한다. 이 실시예에서, 유체(3)는 먼저 전극(5)과 통신하고, 그 후에 유체(3)는 전극(1)과 액체(3)의 표면 사이에 생성된 조정 가능한 플라즈마(4)와 통신한다.
도 8c는 2개의 전극(5a, 5b)(도 3c 및 도 4c에 도시되어 있는 실시예에 대응함)의 단면 사시도를 도시하고 있고, 여기서 유체(3)의 종방향 유동 방향("F")은 유체 유동 방향("F")에서 제1 전극(5a)에 접촉하고 그 후에 제2 전극(5b)에 접촉한다.
마찬가지로, 도 8d는 단면 사시도이고 도 3d 및 도 4d에 도시되어 있는 실시예에 대응한다. 이 실시예에서, 유체(3)는 제1 전극(1a)에 의해 생성된 제1 조정 가능한 플라즈마(4a)와 통신하고 그 후에 유체(3)의 표면(2)과 제2 전극(1b) 사이에 생성된 제2 조정 가능한 플라즈마(4b)와 통신한다.
도 9a는 단면 사시도이고 도 7b에 도시되어 있는 전극 구성(및 일반적으로, 도 3a 및 도 4a에 도시되어 있지만 그에 대해 90도 회전되어 있는 전극 구성)에 대응한다. 도 9a 내지 도 9d에 도시되어 있는 모든 전극 구성은 도시되어 있는 전극 쌍이 도 7b에서와 같이 홈통 부재(30)를 따라 실질적으로 동일한 종방향 점에 배치되어 있도록 위치된다.
마찬가지로, 도 9b는 도 3b 및 도 4b에 도시되어 있는 전극 구성에 일반적으로 대응하고, 도 8b에 도시되어 있는 구성에 대해 90도 회전되어 있다.
도 9c는 도 3c 및 도 4c에 일반적으로 대응하는 전극 구성을 도시하고 있고, 도 8c에 도시되어 있는 전극 구성에 대해 90도 회전되어 있다.
도 9d는 도 3d 및 도 4d에 일반적으로 대응하는 전극 구성을 도시하고 있고, 도 8d에 도시되어 있는 전극 구성에 대해 90도 회전되어 있다.
도 7, 도 8 및 도 9에 일반적으로 도시되어 있는 전극 구성은 유체 유동 방향("F")에 대한 전극 배향 및 위치, 제공된 전극 쌍의 수 및 서로에 대한 홈통 부재(30)에서의 위치 설정을 포함하는 다양한 특징의 함수로서 모두 상이한 결과[예를 들어, 유체(3)에 대한 상이한 조절 효과, 유체(3) 내에서의 상이한 pH, 유체(3) 내에서 발견된 미립자 물질의 상이한 크기, 형상 및/또는 양, 유체/나노입자 조합의 상이한 기능 등]을 생성할 수 있다. 또한, 전극 조성, 크기, 특정 형상, 제공된 상이한 유형의 전극의 수, 인가된 전압, 인가된 전류량, AC 소스, DC 소스, RF 소스, 전극 극성 등은 모두 액체(3)가 이들 전극(1, 5)을 가로질러 유동할 때 액체(3)[및/또는 액체(3) 내에 포함된 성분]의 특성 및 따라서 그로부터 생성된 재료(예를 들어, 나노입자 용액)의 최종 특성에 영향을 미칠 수 있다. 추가적으로, 액체 함유 홈통 부재(30)는 몇몇 바람직한 실시예에서 도 7, 도 8 및 도 9에 도시되어 있는 복수의 전극 조합을 포함한다. 전극 조립체는 모두 동일한 구성일 수 있거나 다양한 상이한 전극 구성(본 명세서의 다른 부분에서 더 상세히 설명됨)의 조합일 수도 있다. 더욱이, 전극 구성은 유체("F")와 순차적으로 통신할 수 있거나 유체("F")와 동시에 또는 병렬 통신할 수도 있다. 상이한 예시적인 및 바람직한 전극 구성은 본 명세서에서 이하의 추가의 도면에 도시되어 있고 그로부터 생성되는 상이한 나노입자 및 나노입자/용액과 함께 본 명세서에서 이하에 더 상세히 설명된다.
도 10a는 도 7, 도 8 및 도 9에 도시되어 있는 액체 함유 홈통 부재(30)의 단면도를 도시하고 있다. 이 홈통 부재(30)는 직사각형 또는 정사각형의 것에 대응하는 단면을 갖고, 전극(도 10a에는 도시되어 있지 않음)은 그 내부에 적합하게 위치될 수 있다.
마찬가지로, 액체 함유 홈통 부재(30)에 대한 다수의 추가의 대안의 단면 실시예가 도 10b, 도 10c, 도 10d 및 도 10e에 도시되어 있다. 도 10a 내지 도 10e의 각각에 도시되어 있는 바람직한 실시예에 대한 거리("S" 및 "S'")는 예를 들어 약 1" 내지 약 3"(약 2.5 cm 내지 7.6 cm)로 측정된다. 거리("M")는 약 2" 내지 약 4"(약 5 cm 내지 10 cm)의 범위이다. 거리("R")는 약 1/16"-1/2" 내지 약 3"(약 1.6 mm-3 mm 내지 약 76 mm)의 범위이다. 이들 실시예(뿐만 아니라 대표적인 대안 실시예가 본 발명의 개시 내용의 경계 및 범위 내에 있는 추가의 구성)는 본 발명의 다른 발명적인 양태와 조합하여 이용될 수 있다. 액체 함유 홈통 부재(30)의 각각 내에 포함된 액체(3)의 양은 깊이("d")의 함수일 뿐만 아니라 실제 단면의 함수라는 것을 주목해야 한다. 간략하게, 전극(들)(1, 5) 내에 그리고 둘레에 존재하는 유체(3)의 양은 액체(3) 뿐만 아니라 액체(3)와 전극(5)의 전기 화학적 상호 작용(들)에 대한 조정 가능한 플라즈마(4)의 하나 이상의 효과에 영향을 미칠 수 있다. 이들 효과는 액체(3)에 대한 조정 가능한 플라즈마(4) 조절 효과[예를 들어, 플라즈마 전기장 및 자기장의 상호 작용, 플라즈마의 전기 화학적 방사선의 상호 작용, 액체 내의 다양한 화학종(예를 들어, 루이스 산, 브뢴스테드-로우리 산)의 생성, pH 변화 등], 뿐만 아니라 액체(3)와 조정 가능한 플라즈마(4)의 상호 작용 또는 농도를 포함한다. 유사하게, 액체(3) 상의 전극(5)의 다수의 양태(예를 들어, 전기 화학적 상호 작용)의 영향은 또한 적어도 부분적으로는 전극(들)(5)에 병치된 액체의 양의 함수이다. 또한, 강한 전기장 및 자기장 농도가 또한 액체(3)와 플라즈마(4)의 상호 작용에 영향을 미칠 뿐만 아니라 액체(3)와 전극(5)의 상호 작용에 영향을 미칠 것이다. 이들 중요한 상호 작용의 몇몇 중요한 양태는 본 명세서에서 이하에 더 상세히 설명된다. 또한, 홈통 부재(30)는 그 전체 종방향 길이를 따라 하나 초과의 단면 형상을 포함할 수 있다. 홈통 부재(30)의 종방향 길이를 따른 다수의 단면 형상의 포함은 예를 들어, 본 명세서에서 설명되는(본 명세서의 다른 부분에서 더 상세히 설명됨) 본 발명의 실시예에 의해 생성되는 필드 또는 농도 또는 반응 효과의 변경을 초래할 수 있다. 또한, 홈통 부재(30)는 선형 또는 "I-형"이 아닐 수도 있고, 오히려 "Y-형" 또는 "ψ-형"일 수 있는데, "Y"(또는 "ψ")의 각각의 부분은 상이한(또는 유사한) 단면 형상 및/또는 치수의 세트를 갖는다.
도 11a는 입구부 또는 입구 단부(31) 및 출구부 또는 출구 단부(32)를 포함하는 도 10b에 도시되어 있는 실질적으로 모든 홈통 부재(30)의 일 실시예의 사시도를 도시하고 있다. 본 명세서의 다른 도면에서 설명된 유동 방향("F")은 단부(31)에 또는 단부(31) 부근에 진입하고[예를 들어, 입구부(31)에 또는 입구부(31) 부근에서 홈통 부재(30) 내로 유체를 전달하기 위한 적절한 수단을 이용하여] 단부(32)를 통해 홈통 부재(30)를 나오는 액체에 대응한다. 도 11b는 홈통 부재(30)에 제거 가능하게 부착된 3개의 제어 디바이스(20a, 20b, 20c)를 포함하는 도 11a의 홈통 부재(30)를 도시하고 있다. 전극(1 및/또는 5)을 포함하는 제어 디바이스(20a, 20b, 20c)의 상호 작용 및 작동은 본 명세서에서 이하에 더 상세히 설명된다. 그러나, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 제어 디바이스(20)는 홈통 부재(30)의 상부 부분에 제거 가능하게 부착되어 제어 디바이스(20)가 홈통 부재(30)를 따라 상이한 위치에 위치될 수 있게 되어, 이에 의해 특정 프로세싱 파라미터, 생성된 성분, 생성된 성분의 반응도, 뿐만 아니라 그로부터 생성된 나노입자(들)/유체(들)에 영향을 미친다.
도 11c는 분위기 제어 디바이스 커버(35')의 사시도를 도시하고 있다. 분위기 제어 디바이스 또는 커버(35')는 전극(들)(1 및/또는 5)에 제어 가능하게 부착된 복수의 제어 디바이스(20a, 20b, 20c)가 그에 부착되어 있다. 커버(35')는 홈통 부재(30)의 종방향의 상당한 부분(예를 들어, 50% 초과) 내의 그리고/또는 이 상당한 부분을 따른 분위기를 제어하는 능력을 제공하도록 의도되어, 임의의 전극(들)(1)과 액체(3)의 표면(2) 사이에 생성된 임의의 조정 가능한 플라즈마(들)(4)가 전압, 전류, 전류 밀도, 극성 등(본 명세서의 다른 부분에서 더 상세히 설명됨), 뿐만 아니라 제어된 분위기(또한 본 명세서의 다른 부분에서 더 상세히 설명됨)의 함수일 수 있다.
도 11d는 홈통 부재(30)를 지지하기 위한(예를 들어, 그 외부 부분에서), 뿐만 아니라 제어 디바이스(20)(도 11d에는 도시되어 있지 않음)를 (적어도 부분적으로) 지지하기 위한 추가의 지지 수단(34)을 포함하는 도 11c의 장치를 도시하고 있다. 다양한 상세가 예를 들어 홈통 부재(30)에 대해 도시되어 있는 단면 형상, 분위기 제어(들)[예를 들어, 커버(35')] 및 외부 지지 수단[예를 들어, 지지 수단(34)]에 관해 변경될 수 있다는 것이 독자에 의해 이해되어야 하고, 이들 다양한 상세는 본 명세서의 경계 및 범위 내에 있고, 이들 중 일부는 본 명세서에서 이하에 더 상세히 설명된다.
도 11e는 홈통 부재(30)에 대한 대안의 구성을 도시하고 있다. 구체적으로, 홈통 부재(30)는 사시도로 도시되어 있고, "Y-형"이다. 구체적으로, 홈통 부재(30)는 상부 부분(30a, 30b) 및 저부 부분(30o)을 포함한다. 마찬가지로, 입구(31a, 31b)가 출구(32)와 함께 제공된다. 부분(30d)은 상부 부분(30a, 30b)이 저부 부분(30o)과 만나는 지점에 대응한다.
도 11f는 도 11e의 부분(30d)이 이제 혼합 섹션(30d')으로서 도시되어 있는 것을 제외하고는, 도 11e에 도시되어 있는 동일한 "Y-형" 홈통 부재를 도시하고 있다. 이와 관련하여, 예를 들어 부분(30a, 30b 및/또는 30c) 중 하나 또는 전체 내의 액체(3) 내에서 생성되거나 제조된 특정 성분은 지점(30d)(또는 30d')에서 함께 혼합되는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 혼합은 도 11e에 도시되어 있는 교점(30d)에서 자연적으로 발생할 수도 있고[즉, 특정 또는 특별한 섹션(30d')이 요구되지 않을 수 있음], 또는 부분(30d')에서 더 특정하게 제어될 수 있다. 부분(30d')은 정사각형, 원형, 직사각형 등과 같은 임의의 유효 형상으로 성형될 수 있고, 홈통 부재(30)의 다른 부분에 대해 동일하거나 상이한 깊이를 가질 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 이와 관련하여, 영역(30d)은 혼합 구역 또는 후속 반응 구역일 수 있다.
도 11g 및 도 11h는 "ψ-형" 홈통 부재(30)를 도시하고 있다. 구체적으로, 새로운 부분(30c)이 추가되어 있다. 도 11g 및 도 11h의 다른 특징은 도 11e 및 도 11f에 도시되어 있는 특징들과 유사하다.
다양한 상이한 형상이 홈통 부재(30)에 대해 존재할 수 있고, 그 중 임의의 하나가 바람직한 결과를 생성할 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
도 12a는 다양한 국부화된 가스가 이용되어 예를 들어 전극(1)과 액체(3)의 표면 사이의 조정 가능한 플라즈마(4) 내의 특정 성분을 제어하고 그리고/또는 영향을 미칠 뿐만 아니라 전극(들)(5)에서 및/또는 전극(들)(5) 둘레의 조정 가능한 전기 화학적 반응에 영향을 미칠 수 있도록 전극 세트(1 및/또는 5) 둘레에 국부적인 분위기를 제어하기 위한 수단으로서 기능하는 국부 분위기 제어 장치(35)의 사시도를 도시하고 있다. 분위기 제어 장치(35)에 도시되어 있는 관통 구멍(36, 37)은 장치(35)의 부분 내에 그리고 이 부분을 통한 외부 통신을 허용하도록 제공된다. 특히, 구멍 또는 입구(37)는 임의의 가스종이 장치(35)의 내부에 도입되게 하는 입구 접속부로서 제공된다. 구멍(36)은 그를 통해 연장하는 전극(1 및/또는 5)을 위한 통신 포트로서 제공되고, 이 전극들은 예를 들어 장치(35)의 상부에 위치된 제어 디바이스(20)에 접속된다. 입구(37)를 통해 도입된 가스는 단지 국부 외부 분위기에 대해 포지티브 압력으로 제공될 수 있고, 이들에 한정되는 것은 아니지만 이러한 부분이 예를 들어 액체(3)의 표면(2) 하부에 적어도 부분적으로 침지되게 될 때(본 명세서에서 이하에 더 상세히 설명됨) 장치(35)의 부분(39a 및/또는 39b) 둘레에서의 기포 형성을 포함하는 임의의 적절한 수단 또는 경로에 의해 탈출되도록 허용될 수 있다. 대안적으로, 제2 구멍 또는 출구(도시되어 있지 않음)가 분위기 제어 장치(35)의 다른 위치에 제공될 수 있다. 일반적으로, 부분(39a, 39b)은 액체(3)의 표면(2)을 파괴시켜 효과적으로 표면(2)이 밀봉부의 부분으로서 작용하여 전극 세트(1 및/또는 5) 둘레에 국부화된 분위기를 형성하게 할 수 있다. 원하는 포지티브 압력의 가스가 입구 포트(37)를 통해 진입할 때, 작은 기포가 발생하여 기포가 예를 들어 부분(39a 및/또는 39b)을 지나 생성될 수 있다. 대안적으로, 가스는 분위기 제어 장치(35) 내의 적절한 출구를 통해 나올 수 있다.
도 12b는 지지 하우징(34) 내에 수납된 홈통 부재(30)의 최전방면 내의 제1 분위기 제어 장치(35a)의 사시도를 도시하고 있다. 제2 분위기 제어 장치(35b)가 포함되고 그 상부에 위치된 제어 디바이스(20)를 나타내고 있다. "F"는 홈통 부재(30)를 통한 액체의 종방향 유동 방향을 나타내고 있다. 상이한 전극 세트(1 및/또는 5) 둘레의 국부적으로 제어된 분위기(들)(예를 들어, 공기 또는 질소와 같은 실질적으로 동일한 화학 성분 또는 헬륨 및 질소와 같은 실질적으로 상이한 화학 성분의)의 바람직함이 본 명세서에서 이하에 더 상세히 설명된다.
도 13은 대안적인 분위기 제어 장치(38)의 사시도를 도시하고 있고, 여기서 전체 홈통 부재(30) 및 지지 수단(34)이 분위기 제어 장치(38) 내에 수납된다. 이 경우에, 예를 들어 가스 입구(37)(37')는 가스 출구(들)(37a)(37a')과 함께 제공될 수 있다. 분위기 제어 장치(38) 상의 가스 입구(들)(37)(37') 및 가스 출구(들)(37a)(37a')의 정확한 위치 설정은 편의의 문제일 뿐만 아니라 그 내부에 포함된 분위기의 조성의 문제이다. 이와 관련하여, 가스가 공기보다 무겁거나 공기보다 가벼우면, 입구 및 출구 위치가 이에 따라 조정될 수 있다. 이들 팩터의 양태가 본 명세서에서 이하에 더 상세히 설명된다.
도 14는 본 발명의 몇몇 바람직한 실시예의 교시에 따라 이용되는 일반적인 장치의 개략도를 도시하고 있다. 특히, 이 도 14는 그 내부에 액체(3)를 함유하는 홈통 부재(30)의 측면 개략도를 도시하고 있다. 홈통 부재(30)의 상부에는 본 실시예에서 홈통 부재(30)에 제거 가능하게 부착된 복수의 제어 디바이스(20a 내지 20d)가 놓인다. 제어 디바이스(20a 내지 20d)는 물론 본 발명의 다양한 실시예를 실시할 때 적소에 영구적으로 고정될 수도 있다. 제어 디바이스(20)[및 대응 전극(들)(1 및/또는 5) 뿐만 아니라 이러한 전극들의 구성(들)]의 정확한 수 및 제어 디바이스(20)[및 대응 전극(1 및/또는 5)]의 위치 또는 배치는 본 명세서에서 이하에 더 상세히 설명되는 본 발명의 다양한 바람직한 실시예의 함수이다. 그러나, 일반적으로, 입력 액체(3)(예를 들어, 물 또는 정화수)는 그 제1 단부(31)에서 홈통 부재(30) 내로 액체수(3)를 펌핑하기 위한 연동 펌프(peristaltic pump)와 같은 액체 운반 수단(40)[예를 들어, 액체(3)를 펌핑하기 위한 액체 펌프, 중력 또는 액체 펌핑 수단]에 제공된다. 정확하게 어떻게 액체(3)가 도입되는지가 본 명세서에서 이하에 더 상세히 설명된다. 액체 운반 수단(40)은 이들에 한정되는 것은 아니지만 중력 공급식 또는 정수압식 수단, 펌핑 수단, 조절 또는 밸브 수단 등을 포함하는 임의의 액체(3) 이동 수단을 포함할 수 있다. 그러나, 액체 운반 수단(40)은 홈통 부재(30) 내로 공지된 양의 액체(3)를 신뢰적으로 그리고/또는 제어 가능하게 도입할 수 있어야 한다. 일단 액체(3)가 홈통 부재(30) 내에 제공되면, 홈통 부재(30) 내의 액체(3)를 연속적으로 이동시키기 위한 수단이 요구되거나 요구되지 않을 수 있다. 그러나, 액체(3)를 연속적으로 이동시키기 위한 간단한 수단은 홈통 부재(30)가 상부에 배치된 지지면에 대해 약간의 각도(θ)[예를 들어, 물과 같은 저점성 유체(3)에 대해 1도 내지 수도 미만]로 위치되어 있는 홈통 부재(30)를 포함한다. 예를 들어, 액체(3)의 점도가 너무 높지 않는 한[예를 들어, 물의 점도 둘레의 임의의 점도는 이러한 유체가 홈통 부재(30) 내에 수납되거나 위치되면 중력 유동에 의해 제어될 수 있음], 지지면에 대해 약 6 피트(약 1.8 미터)만큼 이격된 입구부(31)와 출구부(32) 사이에 1 인치 미만의 수직 높이의 차이만이 요구될 수 있다. 이와 관련하여, 도 15a 및 도 15b는 물과 같은 저점도 유체를 포함하는 다양한 점도를 프로세싱할 수 있는 홈통 부재(30)에 대한 2개의 허용 가능한 각도(θ1, θ2)를 각각 도시하고 있다. 더 큰 각도(θ)의 요구는 물보다 높은 점도를 갖는 액체(3)의 프로세싱, 액체(3)를 더 빠른 속도로 홈통 부재(30)로 통과시키는 요구 등의 결과일 수 있다. 또한, 액체(3)의 점도가 증가되어 중력만으로는 불충분할 때, 정수압 수두압 또는 정수압의 특정 사용과 같은 다른 현상이 또한 바람직한 유체 유동을 성취하는데 이용될 수 있다. 또한, 홈통 부재(30)를 따라 액체(3)를 이동시키기 위한 추가의 수단이 또한 홈통 부재(30) 내부에 제공될 수 있다. 이러한 유체를 이동시키기 위한 수단은 패들, 팬, 프로펠러, 오거(auger) 등과 같은 기계적인 수단을 포함하고, 트랜스듀서, 히터와 같은 열적 수단(추가의 프로세싱 이점을 가질 수 있음) 등이 또한 본 발명과 함께 사용하기에 바람직하다.
도 14는 또한 홈통 부재(30)의 단부(32)에서의 저장 탱크 또는 저장 용기(41)를 도시하고 있다. 이러한 저장 용기(41)는 예를 들어 홈통 부재(30) 내에 생성된 액체(3)와 부정적으로 상호 작용하지 않는 하나 이상의 재료로 제조된 임의의 허용 가능한 용기 및/또는 펌핑 수단일 수 있다. 허용 가능한 재료는 이들에 한정되는 것은 아니지만 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)과 같은 플라스틱, 글래스, 금속(들)(특정 등급의 스테인레스강 등) 등을 포함한다. 더욱이, 저장 탱크(41)가 이 실시예에서 도시되어 있지만, 탱크(41)는 홈통 부재(30) 내에 프로세싱된 유체(3)를 분배하거나 직접 병에 담거나 패키징하기 위한 수단을 포함하는 것으로서 이해되어야 한다.
도 16a, 도 16b 및 도 16c는 본 발명의 일 바람직한 실시예의 사시도를 도시하고 있다. 이들 도 16a, 도 16b 및 도 16c에서, 8개의 개별 제어 디바이스(20a 내지 20h)가 더 상세히 도시되어 있다. 이러한 제어 디바이스(20)는 예를 들어 도 8a, 도 8b, 도 8c 및 도 8d에 도시되어 있는 전극 구성 중 하나 이상을 이용할 수 있다. 제어 디바이스(20)[및 대응 전극(1 및/또는 5)]의 정확한 위치 설정 및 작동이 본 명세서의 다른 부분에서 더 상세히 설명된다. 도 16b는 2개의 공기 분배 또는 공기 취급 디바이스[예를 들어, 팬(342a, 342b)]의 사용을 포함한다. 유사하게, 도 16c는 2개의 대안적인 공기 분배 또는 공기 취급 디바이스(342c, 342d)의 사용을 포함한다.
도 17은 6개의 제어 디바이스(20a 내지 20f)가 도 16a, 도 16b 및 도 16c에 도시되어 있는 8개의 제어 디바이스(20a 내지 20h)에 대해 대략 90도로 회전되어 있는 본 발명에 따른 장치의 다른 실시예의 다른 사시도를 도시하고 있다. 제어 디바이스(20) 및 관련 전극(1 및/또는 5)의 정확한 위치 및 작동이 본 명세서의 다른 부분에서 더 상세히 설명된다.
도 18은 도 16a에 도시되어 있는 장치의 사시도를 도시하고 있지만, 이러한 장치는 분위기 제어 장치(38)에 의해 실질적으로 완전히 둘러싸인 것으로서 도시되어 있지는 않다. 이러한 장치(38)는 홈통 부재(30) 둘레의 분위기를 제어하기 위한 수단이거나, 또는 외부의 바람직한 물질이 홈통 부재(30) 내로 진입하여 그와 부정적으로 상호 작용하는 것을 방지하는데 사용될 수 있다. 또한, 홈통 부재(30)의 출구(32)는 출구 파이프(42)를 통해 저장 용기(41)와 연통하는 것으로서 도시되어 있다. 더욱이, 저장 탱크(41) 상의 출구(43)가 또한 도시되어 있다. 이러한 출구 파이프(43)는 액체(3)를 저장하고, 패킹하고 그리고/또는 취급하기 위한 임의의 다른 적합한 수단을 향해 지향될 수 있다(본 명세서에서 더 상세히 설명됨).
도 19a, 도 19b, 도 19c 및 도 19d는 본 발명에 따라 사용될 수 있는 추가의 전극 구성 실시예의 추가의 단면 사시도를 도시하고 있다.
특히, 도 19a는 홈통 부재(30)의 종방향을 따라 서로 대략 평행하고 홈통 부재(30)를 통한 액체(3)의 유동 방향("F")에 실질적으로 수직으로(즉, 60°내지 90°) 위치된 2개의 세트의 전극(5)[즉, 총 4개의 전극(5a, 5b, 5c, 5d)]을 도시하고 있다. 대조적으로, 도 19b는 홈통 부재(30)의 종방향을 따라 서로 인접하게 위치된 2개의 세트의 전극(5)(즉, 5a, 5b, 5c, 5d)을 도시하고 있다.
대조적으로, 도 19c는 유체 유동 방향("F")에 대해 실질적으로 수직으로 위치된 일 세트의 전극(5)(5a, 5b) 및 유체 유동 방향("F")에 대해 실질적으로 평행하게 위치된 다른 세트의 전극(5)(5c, 5d)을 도시하고 있다. 도 19d는 도 19c에 도시되어 있는 전극 구성의 경면 이미지를 도시하고 있다. 도 19a, 도 19b, 도 19c 및 도 19d의 각각은 단지 전극(들)(5)만을 도시하고 있지만, 전극(들)(1)이 도 19a 내지 도 19d의 각각에 도시되어 있는 이들 전극(들)(5)의 일부 또는 전체에 대해 대체될 수 있고 그리고/또는 그 내부에서 혼합될 수 있다(예를 들어, 도 8a 내지 도 8d 및 도 9a 내지 도 9d에 개시된 전극 구성과 유사하게)는 것이 명백하다. 이들 대안적인 전극 구성 및 이들의 관련 장점의 일부가 본 명세서에서 더 상세히 설명된다.
도 20a 내지 도 20p는 도 19a에 도시되어 있는 실시예에만 대응하는 전극(1, 5)의 모든 구성에 사용 가능하고 가능한 다양한 전극 구성 실시예의 다양한 단면 사시도를 도시하고 있다. 특히, 예를 들어 전극(1 또는 5)의 수, 뿐만 아니라 서로에 대한 이러한 전극(들)(1, 5)의 특정 위치는 이들 도 20a 내지 20p에서 다양하다. 물론, 도 20a 내지 도 20p에 도시되어 있는 이들 전극 조합(1, 5)은 또한 도 19b, 도 19c 및 도 19d에 도시되어 있는 대안적인 전극 구성의 각각에 따라 구성될 수 있지만(즉, 도 19b, 도 19c 및 도 19d의 각각에 대응하는 16개의 추가의 도면), 추가의 도면은 간략화를 위해 본 명세서에 포함되지 않는다. 이들 전극 조립체 및 다른 것들의 특정 장점이 본 명세서의 다른 부분에서 더 상세히 설명된다.
도 20a 내지 도 20p에 도시되어 있는 전극 구성의 각각은, 특정 실행 조건에 따라 본 발명의 메커니즘, 장치 및 프로세스로부터 도래하는 상이한 생성물을 초래할 수 있다. 이들 다양한 구성 및 그 장점의 더 상세한 설명은 본 명세서의 다른 부분에서 더 상세히 설명된다.
도 21a, 도 21b, 도 21c 및 도 21d는 본 발명의 추가의 실시예의 단면 사시도를 도시하고 있다. 이들 도 21a 내지 도 21d에 도시되어 있는 전극 배열은 도 19a, 도 19b, 도 19c 및 도 19d 각각에 도시되어 있는 이들 전극 배열과 배열면에서 유사하다. 그러나, 이들 도 21a 내지 도 21d에서, 멤브레인 또는 배리어 조립체(50)가 또한 포함된다. 본 발명의 이들 실시예에서, 멤브레인(50)은 상이한 전극 세트에서 또는 상이한 전극 세트 부근에서 제조된 상이한 생성물을 분리하기 위한 수단으로서 제공되어, 멤브레인(50)의 일 측면에서 전극(1 및/또는 5)의 세트에 의해 제조된 생성물의 일부 또는 전체가 멤브레인(50)의 다른 측면에서 전극(1 및/또는 5)에서 또는 전극(1 및/또는 5) 부근에서 제조된 특정 생성물로부터 적어도 부분적으로 격리되고, 분리되거나 실질적으로 완전히 격리될 수 있게 된다. 이 멤브레인 수단(50)은 기계적 배리어, 물리적 배리어, 기계-물리적 배리어, 화학적 배리어, 전기적 배리어 등으로서 작용할 수 있다. 따라서, 제1 세트의 전극(1 및/또는 5)으로부터 제조된 특정 생성물은 제2 세트의 전극(1 및/또는 5)으로부터 제조된 특정 생성물로부터 적어도 부분적으로, 또는 실질적으로 완전히 격리될 수 있다. 마찬가지로, 추가의 직렬 위치된 전극 세트가 또한 유사하게 위치될 수 있다. 달리 말하면, 상이한 멤브레인(들)(50)이 각각의 세트의 전극(1 및/또는 5)에서 또는 전극(1 및/또는 5) 부근에서 이용될 수 있고, 그로부터 생성된 특정 생성물이 제어되어 그로부터 종방향 하류측으로 추가의 전극 세트(1 및/또는 5)에 선택적으로 전달될 수 있다. 이러한 멤브레인(50)은 홈통 부재(30) 내에 생성된 액체(3)에 존재하는 나노입자 또는 이온 또는 성분 및/또는 액체(3)의 다양한 상이한 조성물을 초래할 수 있다. 예를 들어, 액체(3) 내의 상이한 형성된 조성물은 서로로부터 격리될 수 있다.
도 22a는 도 9c에 도시되어 있는 전극 조립체(5a, 5b)에 대응하는 전극 조립체의 단면 사시도를 도시하고 있다. 이 전극 조립체는 또한 화학적, 물리적, 물리 화학적 및/또는 기계적 분리를 위한 멤브레인(50)을 이용할 수 있다. 이와 관련하여, 도 22b는 전극(5a, 5b) 사이에 위치된 멤브레인(50)을 도시하고 있다. 전극(5a, 5b)은 예를 들어 도 9a 내지 도 9c에 도시되어 있는 다수의 구성 중 임의의 하나로 전극(1)과 상호 교환될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 도 22b의 경우에, 멤브레인 조립체(50)는 전극(5b)에서 형성된 이들 생성물의 일부 또는 전체로부터 전극(5a)에서 형성된 생성물의 일부 또는 전체를 부분적으로 또는 실질적으로 완전히 격리하는 능력을 갖는다. 따라서, 전극(5a, 5b) 중 하나에 형성된 다양한 종은 이들 종이 액체(3)가 홈통 부재(30)의 종방향 길이를 따라 착수하는 종방향 유동 방향("F")에서 추가의 전극 조립체 세트(5a, 5b) 및/또는 전극 세트(5) 및 전극 세트(1)의 조합과 순차적으로 반응할 수 있도록 제어될 수 있다. 따라서, 멤브레인(50)의 적절한 선택에 의해, 어느 생성물이 어느 전극(또는 후속의 또는 하류측 전극 세트)에 배치되는지가 제어되고, 조작되고 그리고/또는 조정될 수 있다. 전극(5a, 5b)의 극성이 반대인 바람직한 실시예에서, 다양한 상이한 생성물이 전극(5b)에 대해 전극(5a)에서 형성될 수 있다.
도 22c는 전극(5a, 5b)에 대한 완전히 상이한 대안적인 전극 구성의 개략 단면도로 본 발명의 다른 상이한 실시예를 도시하고 있다. 이 경우에, 전극(들)(5a)[또는 물론 전극(들)(1a)]은 멤브레인(50) 상부에 위치되고, 전극(들)(5b)은 멤브레인(50)의 하부에 위치된다[예를 들어, 액체(3) 내에 실질적으로 완전히 침지됨]. 이와 관련하여, 전극(들)(5b)은 복수의 전극을 포함할 수 있거나 또는 홈통 부재(30)의 적어도 일부 또는 전체 종방향 길이를 따라 연장하는 단일 전극일 수 있다. 이 실시예에서, 멤브레인(50) 상부에서 전극(들)(5)에 생성된 특정 종은 멤브레인(50) 하부에 생성된 특정 종과는 상이할 수 있고, 이러한 종은 홈통 부재(30)의 종방향 길이를 따라 상이하게 반응할 수 있다. 이와 관련하여, 멤브레인(50)은 홈통 부재(30)의 전체 길이를 따라 연장할 필요는 없고, 이러한 길이의 일부만에 존재할 수도 있고 그 후에 전극(1 및/또는 5)의 순차적인 조립체가 그로부터 생성된 생성물과 반응할 수 있다. 본 명세서에 명시적으로 언급된 것들 이외의 다양한 추가의 실시예가 명시적으로 개시된 실시예의 사상 내에 있을 것이라는 것이 독자에게 명백할 것이다.
도 22d는 본 발명의 다른 대안적인 실시예를 도시하고 있고, 여기서 도 22c에 도시되어 있는 전극(5a)[물론, 전극(1)]의 구성은 홈통 부재(30)의 저부를 따라 종방향 길이의 적어도 일부에 대해 연장하는 제2 전극(또는 복수의 전극)(5b)[도 22c의 전극(들)(5b)과 유사함] 및 홈통 부재(30)의 길이를 따라 적어도 일부로 연장하는 멤브레인(50)의 부분의 상부에 위치된다. 다수의 전극(5a)을 이용하는 이 실시예에서, 추가의 작동적인 융통성이 성취될 수 있다. 예를 들어, 전압 및 전류를 적어도 2개의 전극(5a)에 분할함으로써, 다수의 전극(5a)에서의 반응은 유사한 크기, 형상 및/또는 조성의 단일의 전극(5a)에서 발생하는 이들 반응과는 상이할 수 있다. 물론, 이 다수의 전극 구성은 본 명세서에 개시된 다수의 실시예에 이용될 수 있지만, 간략화를 위해 명시적으로 설명되지는 않는다. 그러나, 일반적으로 다수의 전극(1 및/또는 5)[즉, 단일의 전극(1 및/또는 5) 대신에]은 본 발명에 따라 생성된 생성물에 큰 융통성을 추가할 수 있다. 이들 장점의 특정의 상세는 본 명세서의 다른 부분에 설명된다.
도 23a는 도 19a에 도시되어 있는 전극(5)의 세트에 일반적으로 대응하지만, 도 23a의 실시예의 차이점은 제3 세트의 전극(들)(5e, 5f)이 도 19a에 도시되어 있는 2개의 세트의 전극(5a, 5b, 5c, 5d)에 추가하여 제공되어 있는 전극(5)의 세트를 도시하고 있는 본 발명의 다른 실시예의 단면 사시도이다. 물론, 전극(5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f)의 세트는 또한 90도 회전되어 이들이 도 19b에 도시되어 있는 2개의 세트의 전극에 대략 대응할 수 있게 한다. 전극 구성의 이들 세트의 추가의 실시예를 도시하고 있는 추가의 도면은 간략화를 위해 본 명세서에 포함되지 않는다.
도 23b는 다수의 추가의 실시예로 또한 치환되는 본 발명의 다른 실시예를 도시하고 있고, 여기서 멤브레인 조립체(50a, 50b)는 3개의 세트의 전극(5a, 5b 내지 5c, 5d, 5e, 5f) 사이에 삽입되어 있다. 분리를 성취하는데 사용된 전극 구성(들)의 조합, 전극(들)의 수 및 정밀한 멤브레인(들) 수단(50)은 다수의 실시예를 포함하고, 이들 실시예의 각각은 본 발명의 교시를 받을 때 상이한 생성물을 생성할 수 있다는 것이 물론 명백하다. 이들 실시예의 이러한 생성물 및 작동의 더 상세한 설명은 본 명세서의 다른 부분에서 설명된다.
도 24a 내지 도 24e, 도 25a 내지 도 25e 및 도 26a 내지 도 26e는 본 명세서에 개시된 다양한 실시예에 따라 이용될 수 있는 다양한 멤브레인 수단(50) 디자인 및/또는 위치의 단면도를 도시하고 있다. 이들 실시예의 각각에서, 멤브레인 수단(50)은 하나 이상의 전극 조립체(1/5)에서 제조된 하나 이상의 생성물을 분리하기 위한 수단을 제공한다.
본 발명에 따르면, 공지된 프로세싱 기술에 존재하는 다양한 결점/단점을 극복하고 이전에는 성취 불가능하였던 다양한 형상 및 크기의 나노입자 및/또는 신규한 나노입자/액체 재료를 제조하기 위한 신규하고 제어 가능한 프로세스를 성취하는 것이 가능하다.
도 1a, 도 1b 및 도 1c는 본 발명에 따른 수동 전극 조립체의 개략 단면도.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 자동 전극 조립체의 개략 단면도.
도 3a 내지 도 3d는 자동 디바이스에 의해 제어되는 전극(1, 5)을 위한 4개의 대안적인 전극 구성을 도시하고 있는 도면.
도 4a 내지 도 4d는 수동으로 제어되는 전극(1, 5)을 위한 4개의 대안적인 전극 구성을 도시하고 있는 도면.
도 5a 내지 도 5e는 전극(1)을 위한 구성의 5개의 상이한 대표적인 실시예를 도시하고 있는 도면.
도 6은 전극(1)의 일 특정 구성을 이용하여 생성된 플라즈마의 개략 단면도.
도 7a 및 도 7b는 이용된 2개의 전극 조립체의 단면 사시도.
도 8a 내지 도 8d는 각각 도 3a 내지 도 3d에 도시되어 있는 이들 전극 조립체에 대응하는 4개의 상이한 전극 조립체의 개략 사시도.
도 9a 내지 도 9d는 각각 도 4a 내지 도 4d에 도시되어 있는 이들 전극 조립체에 대응하는 4개의 상이한 전극 조립체의 개략 사시도.
도 10a 내지 도 10e는 다양한 홈통 부재(30)의 단면도.
도 11a 내지 도 11h는 다양한 홈통 부재 및 분위기 제어 및 지지 디바이스의 사시도.
도 12a 및 도 12b는 전극 세트(1 및/또는 5) 둘레의 분위기를 국부적으로 제어하기 위한 다양한 분위기 제어 디바이스를 도시하고 있는 도면.
도 13은 전체 홈통 부재(30) 둘레의 분위기를 제어하기 위한 분위기 제어 디바이스를 도시하고 있는 도면.
도 14는 유체(3)가 그를 통해 유동하고 있는 홈통 부재(30) 상에 위치된 제어 디바이스(20)의 세트의 개략 단면도.
도 15a 및 도 15b는 홈통 부재(30)에 대한 다양한 각도(θ1, θ2)의 개략 단면도.
도 16a, 도 16b 및 도 16c는 홈통 부재(30)의 상부에 위치된 전극 조립체(1 및/또는 5)를 그 상부에 포함하는 다양한 제어 디바이스(20)의 사시도.
도 17은 홈통 부재(30)의 상부에 위치된 전극 조립체(1 및/또는 5)를 그 상부에 포함하는 다양한 제어 디바이스(20)의 사시도.
도 18은 홈통 부재(30)의 상부에 위치된 전극 조립체(1 및/또는 5)를 그 상부에 포함하고 전체 디바이스 둘레의 환경을 제어하는 포위체(38)를 포함하고 보유 탱크(41)를 더 포함하는 다양한 제어 디바이스(20)의 사시도.
도 19a 내지 도 19d는 홈통 부재(30) 내에 수납된 다수의 전극 세트의 개략 사시도.
도 20a 내지 도 20p는 16개의 상이한 가능한 조합의 다수의 전극 세트(1/5)의 사시도.
도 21a 내지 도 21d는 멤브레인(50)에 의해 분리된 가능한 전극 구성의 4개의 개략 사시도.
도 22a 내지 도 22d는 멤브레인(50)에 의해 분리된 4개의 상이한 전극 구성의 개략 사시도.
도 23a 및 도 23b는 각각 3개의 세트의 전극 및 2개의 멤브레인(50a, 50b)에 의해 분리된 3개의 세트의 전극의 개략 사시도.
도 24a 내지 도 24e는 홈통 부재(30)의 다양한 단면에 위치된 다양한 멤브레인(50)을 도시하고 있는 도면.
도 25a 내지 도 25e는 홈통 부재(30)의 다양한 단면에 위치된 다양한 멤브레인(50)을 도시하고 있는 도면.
도 26a 내지 도 26e는 홈통 부재(30)의 다양한 단면에 위치된 다양한 멤브레인(50)을 도시하고 있는 도면.
도 27은 제어 디바이스(20)의 사시도.
도 28a 및 도 28b는 제어 디바이스(20)의 사시도.
도 28c는 전극 홀더의 사시도.
도 28d 내지 도 28l은 국부화된 분위기 제어 디바이스를 갖거나 갖지 않는 상이한 제어 디바이스(20)의 다양한 사시도.
도 29는 내화 부재(29) 및 히트 싱크(28)를 포함하는 열 관리 디바이스의 사시도.
도 30은 제어 디바이스(20)의 사시도.
도 31은 제어 디바이스(20)의 사시도.
도 32a, 도 32b 및 도 32c는 본 발명의 상이한 실시예와 함께 사용하기 위한 AC 변압기 전기 배선 다이어그램을 도시하고 있는 도면.
도 33a는 변압기의 개략도를 도시하고 있고, 도 33b 및 도 33c는 각각 위상내 및 위상외 2개의 사인파의 개략적인 표현을 도시하고 있는 도면.
도 34a, 도 34b 및 도 34c는 각각 8개의 세트의 전극과 함께 사용하기 위한 8개의 전기 배선 다이어그램의 개략도.
도 35는 변압기의 2차 코일의 출력으로부터 전압을 모니터링하는데 이용되는 전기 배선 다이어그램의 개략도.
도 36a, 도 36b 및 도 36c는 벨레만(Velleman) K8056 회로 릴레이 기판과 관련된 배선 다이어그램의 개략도.
도 37a는 은 기반 나노입자 및 나노입자 용액을 제조하기 위해 예 1에서 사용된 8개의 전극 세트 내의 16개의 상이한 전극에 인가된 다양한 타겟 및 실제 평균 전압의 막대 차트.
도 37b 내지 도 37i는 예 1에 사용된 16개의 상이한 전극에 대해 시간의 함수로서 인가된 실제 전압을 도시하고 있는 도면.
도 38a는 은 기반 나노입자 및 나노입자 용액을 제조하기 위해 예 2에서 사용된 8개의 전극 세트 내의 16개의 상이한 전극에 인가된 다양한 타겟 및 실제 평균 전압의 막대 차트.
도 38b 내지 도 38i는 예 2에 사용된 16개의 상이한 전극에 대해 시간의 함수로서 인가된 실제 전압을 도시하고 있는 도면.
도 39a는 은 기반 나노입자 및 나노입자 용액을 제조하기 위해 예 3에서 사용된 8개의 전극 세트 내의 16개의 상이한 전극에 인가된 다양한 타겟 및 실제 평균 전압의 막대 차트.
도 39b 내지 도 39i는 예 3에 사용된 16개의 상이한 전극에 대해 시간의 함수로서 인가된 실제 전압을 도시하고 있는 도면.
도 40a는 아연 기반 나노입자 및 나노입자 용액을 제조하기 위해 예 4에서 사용된 8개의 전극 세트 내의 16개의 상이한 전극에 인가된 다양한 타겟 및 실제 평균 전압의 막대 차트.
도 40b 내지 도 40i는 예 4에 사용된 16개의 상이한 전극에 대해 시간의 함수로서 인가된 실제 전압을 도시하고 있는 도면.
도 41a는 구리 기반 나노입자 및 나노입자 용액을 제조하기 위해 예 5에서 사용된 8개의 전극 세트 내의 16개의 상이한 전극에 인가된 다양한 타겟 및 실제 평균 전압의 막대 차트.
도 41b 내지 도 41i는 예 5에 사용된 16개의 상이한 전극에 대해 시간의 함수로서 인가된 실제 전압을 도시하고 있는 도면.
도 42a 내지 도 42e는 각각 예 1 내지 5의 각각에서 제조된 재료의 SEM-EDS 플롯.
도 42f 내지 도 42o는 예 1 내지 5의 원재료를 이용하여 제조된(즉, 표 8 및 표 9에 따라 제조된) 10개의 상이한 용액(GR1 내지 GR10)에 대응하는 도면.
도 43a(i-iv) 내지 도 43e(i-iv)는 각각 예 1 내지 5의 원재료에 대응하는 각각의 도면에서 4개의 상이한 배율의 SEM 현미경 사진.
도 43f(i-iv) 내지 도 43o(i-iv)는 표 8 및 표 9에 나타낸 용액(GR1 내지 GR10)에 대응하는 각각의 도면에서 4개의 상이한 배율의 SEM 현미경 사진.
도 44a는 예 1 내지 5에 따라 제조된 원재료의 UV-Vis 스펙트럼을 도시하고 있는 도면.
도 44b 내지 도 44e는 예 1 내지 5에 따른 원재료로 제조된 표 8 및 표 9에 나타낸 10개의 상이한 용액(GR1 내지 GR10)의 각각의 UV-Vis 스펙트럼을 도시하고 있는 도면.
도 45는 표 8 및 표 9에 나타낸 10개의 용액(GR1 내지 GR10)의 각각의 라만 스펙트럼을 도시하고 있는 도면.
도 46은 예 1 내지 5의 원재료 및 표 8 및 표 9에 나타낸 용액(GR1 내지 GR10)에 대한 대장균(E. coli)의 생물학적 바이오스크린 결과를 도시하고 있는 도면.
도 47은 대장균에 대해 GR3을 이용하여 바이오스크린 디바이스에 의해 얻어진 생물학적 최소 억제 농도("MIC")를 도시하고 있는 도면으로서, 최적 밀도가 시간의 함수로서 플롯팅되어 있는 도면.
도 48은 대장균에 대해 GR8을 이용하여 바이오스크린 디바이스에 의해 얻어진 생물학적 최소 억제 농도("MIC")를 도시하고 있는 도면으로서, 최적 밀도가 시간의 함수로서 플롯팅되어 있는 도면.
도 49는 예 4에서 제조된 원재료의 다양한 가변양과 조합된 예 2로부터 제조된 원재료를 이용하여 바이오스크린 디바이스로부터의 생물학적 결과를 도시하고 있는 도면으로서, 최적 밀도가 시간의 함수로서 플롯팅되어 있는 도면.
도 50a 내지 도 50c는 다양한 양의 처리수가 그에 첨가된 상태로 바이오스크린 디바이스에 의해 얻어진 예 2에서 제조된 원재료의 생물학적 결과를 도시하고 있는 도면으로서, 최적 밀도가 시간의 함수로서 플롯팅되어 있는 도면.
도 51a 내지 도 51h는 미니 피그(mini-pig) 콩팥 섬유아세포 및 생쥐 간 상피세포의 모두에 대한 용액 GR3, GR5, GR8 및 GR9에 대한 다양한 세포 성장 및 세포 독성 곡선을 도시하고 있는 도면으로서, 제어(100%) 세포에 대한 형광 투시량이 증가하는 양의 나노입자에 대해 플롯팅되어 있는 도면.
도 52a 내지 도 52f는 생쥐 간 상피세포에 대한 GR3, GR5 및 GR8에 대한 세포 독성(LD50) 결과(곡선)를 도시하고 있는 도면으로서, 제어(100%) 세포에 대한 형광 투시량이 증가하는 양의 나노입자에 대해 플롯팅되어 있는 도면.
도 53a 내지 도 53h는 미니 피그 콩팥 섬유아세포에 대한 GR3, GR5, GR8 및 GR9에 대한 LD50 결과(곡선)를 도시하고 있는 도면으로서, 제어(100%) 세포에 대한 형광 투시량이 증가하는 양의 나노입자에 대해 플롯팅되어 있는 도면.
도 54는 동결-건조된 및 재수화된 GR5에 비교된 표 8에 형성된 바와 같은 용액 GR5의 성능에 대한 바이오스크린 디바이스로부터의 생물학적 결과를 도시하고 있는 도면으로서, 최적 밀도가 시간의 함수로서 플롯팅되어 있는 도면.
도 55a 내지 도 55c는 은 기반 나노입자 및 나노입자 용액을 제조하기 위해 예 6에서 사용된 상이한 전극에 인가된 다양한 타겟 및 실제 평균 전압의 막대 차트.
도 56a 내지 도 56h는 은 기반 나노입자 및 나노입자 용액을 제조하기 위해 예 7에서 사용된 상이한 전극에 인가된 다양한 타겟 및 실제 평균 전압의 막대 차트.
도 57a 내지 도 57b는 예 7에 있어서의 동적 광 산란 측정치를 도시하고 있는 도면.
도 58a 내지 도 58h는 예 7에 따라 제조된 건조된 샘플의 SEM 현미경 사진.
도 59a 내지 도 59c는 예 7에 따라 제조된 액체 샘플에서 취한 UV-Vis 스펙트럼.
도 60은 예 7에 따라 제조된 샘플에 대한 생물학적 바이오스크린 결과를 도시하고 있는 도면.
도 61a 내지 도 61c는 은 기반 나노입자 및 나노입자 용액을 제조하기 위해 예 8에서 사용된 상이한 전극에 인가된 다양한 타겟 및 실제 평균 전압의 막대 차트.
도 62a 내지 도 62c는 예 8에 있어서의 동적 광 산란 측정치를 도시하고 있는 도면.
도 63은 예 8에 있어서의 생물학적 바이오스크린 결과를 도시하고 있는 도면.
도 64a 내지 도 64e는 은 기반 나노입자 및 나노입자 용액을 제조하기 위해 예 9에서 사용된 상이한 전극에 인가된 다양한 타겟 및 실제 평균 전압의 막대 차트.
도 65a 내지 도 65b는 예 9에서 사용된 스펙트럼 수집 장치의 사시도.
도 66a 내지 도 66e는 예 9로부터 수집된 스펙트럼을 도시하고 있는 도면.
도 67a 내지 도 67f는 당 기술 분야에 공지된 대표적인 스펙트럼을 도시하고 있는 도면.
도 68은 예 9에 있어서의 생물학적 바이오스크린 결과를 도시하고 있는 도면.
도 69는 은 기반 나노입자 및 나노입자 용액을 제조하기 위해 예 10에서 사용된 상이한 전극에 인가된 다양한 타겟 및 실제 평균 전압의 막대 차트.
도 70a 내지 도 70c는 예 10으로부터 수집된 스펙트럼을 도시하고 있는 도면.
도 71a 내지 도 71c는 예 10으로부터 수집된 스펙트럼을 도시하고 있는 도면.
도 72a 내지 도 72c는 생쥐 간 상피세포에 대해 예 11에서 사용된 용액에 대한 다양한 세포 독성 곡선을 도시하고 있는 도면으로서, 제어(100%) 세포에 대한 형광 투시량이 증가하는 양의 나노입자에 대해 플롯팅되어 있는 도면.
도 73a 내지 도 73b는 생쥐 간 상피세포에 대해 예 11에서 사용된 용액에 대한 다양한 세포 독성 곡선을 도시하고 있는 도면으로서, 제어(100%) 세포에 대한 형광 투시량이 증가하는 양의 나노입자에 대해 플롯팅되어 있는 도면.
도 74a 내지 도 74b는 생쥐 간 상피세포에 대해 예 11에서 사용된 용액에 대한 다양한 세포 독성 곡선을 도시하고 있는 도면으로서, 제어(100%) 세포에 대한 형광 투시량이 증가하는 양의 나노입자에 대해 플롯팅되어 있는 도면.
도 75는 은 기반 나노입자 및 나노입자 용액을 제조하기 위해 예 11에서 사용된 상이한 전극에 인가된 다양한 타겟 및 실제 평균 전압의 막대 차트.
도 76a 내지 도 76b는 생쥐 간 상피세포에 대해 예 11에서 사용된 용액에 대한 다양한 세포 독성 곡선을 도시하고 있는 도면으로서, 제어(100%) 세포에 대한 형광 투시량이 증가하는 양의 나노입자에 대해 플롯팅되어 있는 도면.
도 77a 내지 도 77b는 예 11에 있어서의 생물학적 바이오스크린 결과를 도시하고 있는 도면.
도 78a 내지 도 78b는 예 12에 있어서의 생물학적 바이오스크린 결과를 도시하고 있는 도면.
도 79a 내지 도 79c는 예 12에 있어서의 생물학적 바이오스크린 결과를 도시하고 있는 도면.
도 80a 내지 도 80f는 예 12에 있어서의 동적 광 산란 측정치를 도시하고 있는 도면.
도 81a 내지 도 81e는 예 12에 있어서의 동적 광 산란 측정치를 도시하고 있는 도면.
본 명세서에 개시되어 있는 실시예는 일반적으로 나노입자 및 나노입자/액체(들) 용액(들)을 포함하는 액체 내의 다양한 성분의 연속적인 제조를 위한 신규한 방법 및 신규한 디바이스에 관한 것이다. 다양한 액체 내에서 생성된 나노입자는 다양한 신규한 흥미있는 물리적, 촉매적, 바이오촉매적 및/또는 생물 물리적 특성을 나타내는 다양한 가능한 조성, 크기 및 형상, 응집물, 복합물 및/또는 표면 형태를 포함할 수 있다. 프로세스 중에 사용된 그리고/또는 생성된/개질된 액체(들)는 나노입자 및/또는 나노입자/액체(들) 용액(들)의 제조 및/또는 기능화에 중요한 역할을 한다. 사용된 분위기(들)는 나노입자 및/또는 나노입자/액체(들) 용액(들)의 제조 및/또는 기능화에 중요한 역할을 한다. 나노입자는 예를 들어 적어도 하나의 조정 가능한 플라즈마[예를 들어, 하나 이상의 분위기(들) 내에 형성됨]를 바람직하게 이용함으로써 적어도 하나의 액체(예를 들어, 물) 내에 존재(예를 들어, 생성)하게 되는데, 이 조정 가능한 플라즈마는 액체의 표면의 적어도 일부와 통신한다. 플라즈마(들)를 생성하는데 사용된 전원(들)은 나노입자 및/또는 나노입자/액체(들) 용액(들)의 제조 및/또는 기능화에 중요한 역할을 한다. 예를 들어, 전압, 전류량, 극성 등은 모두 생성된 생성물의 프로세싱 및/또는 최종 특성에 영향을 미칠 수 있다. 다양한 조성(들) 및/또는 고유의 구성의 금속 기반 전극이 조정 가능한 플라즈마(들)의 형성에 사용하기 위해 바람직하지만, 비금속 기반 전극이 또한 이용될 수 있다. 적어도 하나의 후속의 및/또는 실질적으로 동시의 조정 가능한 전기 화학적 프로세싱 기술의 이용이 또한 바람직하다. 다양한 조성(들) 및/또는 고유의 구성의 금속 기반 전극은 조정 가능한 전기 화학적 프로세싱 기술(들)에 사용하기에 바람직하다.
조정 가능한 플라즈마 전극 및 조정 가능한 전기 화학적 전극
본 발명의 일 실시예의 중요한 양태는 조정 가능한 플라즈마의 생성을 포함하고, 이 조정 가능한 플라즈마는 액체의 표면의 적어도 일부 상부에 위치된 적어도 하나의 전극(또는 복수의 전극)과 액체 자체의 표면의 적어도 일부 사이에 위치된다. 액체의 표면은 적어도 하나의 제2 전극(또는 복수의 제2 전극)과 전기적으로 통신한다. 이 구성은 액체의 표면이 이 구성에서 능동적인 참여자인 것을 제외하고는 유전성 배리어 방전 구성과 유사한 특정 특징을 갖는다.
도 1a는 예를 들어 방향("F")으로 유동하는 액체(3)의 표면(2) 상부에 거리("x")에 위치된 삼각형 형상을 갖는 전극(1)의 일 실시예의 부분 단면도를 도시하고 있다. 도시되어 있는 전극(1)은 마찬가지로 직각 또는 정삼각형으로서 성형될 수도 있다. 조정 가능한 플라즈마(4)는, 적절한 전원(10)이 점 소스 전극(1)과 전극(5) 사이에 접속될 때 전극(1)의 팁 또는 첨단(9)과 액체(3)의 표면(2) 사이에 생성되고, 이 전극(5)은 액체(3)와 통신한다[예를 들어, 액체(3)의 표면(2)(예를 들어, 벌크 표면 또는 유효 표면)의 적어도 아래에 있음]. 특정 조건 하에서, 전극(5)의 팁(9')은 실제로 액체(3)의 벌크 표면(2)의 물리적으로 약간 상부에 위치될 수 있지만, 액체는 여전히 "테일러 원추"라 알려진 현상을 통해 전극과 통신하여 이에 의해 유효 표면(2')을 생성한다는 것을 주목해야 한다. 테일러 원추는 발명의 명칭이 오존 생성 및 물의 처리용 방법 및 장치(Method and Apparatus for Ozone Generation and Treatment of Water)인 1995년 12월 26일 공개된 미국 특허 제5,478,533호에 설명되어 있고, 이 특허의 요지는 본 명세서에 명시적으로 참조로서 포함되어 있다. 이와 관련하여, 도 1b는 테일러 원추("T")가 유효 표면(2')을 생성하여 전극(5)과 액체(3)의 표면(2)(2') 사이의 전기적인 접속을 성취하는 것을 제외하고는, 도 1a에 도시되어 있는 것과 유사한 전극 구성을 도시하고 있다. 테일러 원추는 "영향을 받는 필드"에 의해 생성되는 것으로서 인큐렛 특허에 언급되어 있다. 특히, 테일러 원추는 1960년대 초에 지오프리 테일러경(Sir Geoffrey Taylor)에 의해 먼저 분석되었는데, 여기서 테일러는 충분한 강도의 전기장의 인가가 물 액적이 원추 형태를 취하게 할 것이라고 보고하였다. 테일러 원추는 전기장의 함수이면서 또한 유체의 전도도의 함수라는 것을 주목해야 한다. 따라서, 전도도가 변화함에 따라, 테일러 원추의 형상 및/또는 강도가 또한 변화한다. 따라서, 다양한 강도의 테일러 원추가 전극(들)(5) 둘레에 생성된 전기장의 함수 뿐만 아니라 액체(3) 내의 성분[예를 들어, 조정 가능한 플라즈마(4)에 의해 제공된 전도성 성분] 및 다른 것의 함수로서 본 발명의 전극(들)(5)에서 팁(9') 부근에서 관찰될 수 있다. 또한, 전기장 변화는 또한 인가된 전류량에 비례한다.
도 1a에 도시되어 있는 실시예에서 생성된 조정 가능한 플라즈마 영역(4)은 전형적으로 프로세스의 적어도 일부에서 원추형 구조체에 대응하는 형상을 갖고, 본 발명의 몇몇 실시예에서는 실질적으로 모든 프로세스에서 이러한 원추형 형상을 유지할 수 있다. 다른 실시예에서, 조정 가능한 플라즈마 영역(4)의 형상은 더 번개같이 성형될 수 있다. 조정 가능한 플라즈마(들)(4)의 체적, 강도, 성분(예를 들어, 조성물), 활동도, 정확한 위치는 이들에 한정되는 것은 아니지만, 거리("x"), 전극(1)의 물리적 및/또는 화학적 조성, 전극(1)의 형상, 전극(1)으로부터 상류측에 위치된 다른 전극(들)(1)에 대한 전극(1)의 위치, 전원(10)(예를 들어, DC, AC, 정류된 AC, DC의 극성 및/또는 정류된 AC, RF 등), 전원에 의해 인가된 전력(예를 들어, 인가된 전압, 인가된 전류량 등), 플라즈마(4)에서 또는 플라즈마(4) 부근에서 생성된 전기장 및/또는 자기장, 전극(1)과 액체(3)의 표면(2) 사이 및/또는 둘레에서의 자연 발생 또는 공급된 가스 또는 분위기의 조성, 온도, 압력, 방향("F")에서의 액체(3)의 유량, 액체(3)의 조성, 액체(3)의 전도도, 전극(1, 5) 부근 및 둘레의 액체의 단면적(예를 들어, 체적)[예를 들어, 액체(3)가 조정 가능한 플라즈마(4)와 상호 작용하도록 허용되는 시간량 및 이러한 상호 작용의 강도], 액체(3)의 표면(2)에서 또는 표면(2) 부근에서의 분위기 유동(예를 들어, 공기 유동)의 존재[예를 들어, 제공된 냉각 팬(들) 또는 분위기 이동 수단] 등을 포함하는 다수의 팩터에 따라 다양할 것이다. 구체적으로, 예를 들어 조정 가능한 플라즈마(4)에 대해 이용될 수 있는 최대 거리("x")는 이러한 거리("x")가 예를 들어 수학식 1에 나타낸 파괴 전기장("Ec")에 대응하는 것이다. 달리 말하면, 가스 또는 분위기의 파괴의 성취가 전극(1)의 팁(9)과 액체(3)의 표면(2) 사이에 제공된다. 거리("x")가 전기 파괴("Ec")를 성취하는데 요구되는 최대 거리를 초과하면, 어떠한 플라즈마(4)도 추가의 기술 또는 상호 작용의 사용 없이 관찰될 수 없다. 그러나, 거리("x")가 조정 가능한 플라즈마(4)의 형성을 성취하는데 요구되는 최대 거리 이하일 때마다, 플라즈마(4)의 다양한 물리적 및/또는 화학적 조정이 이루어질 수 있다. 이러한 변화는 액체(3)의 표면(2)에서의 플라즈마(4)의 직경, 플라즈마(4)의 강도(예를 들어, 휘도 및/또는 강도 및/또는 반응도), 플라즈마(4)에 의해 생성되어 액체(3)의 표면을 향해 송풍되는 전기 바람의 강도 등을 포함할 수 있다.
전극(1)의 조성이 또한 조정 가능한 플라즈마(4)의 형성에 중요한 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 다양한 공지된 재료가 본 명세서에 개시된 실시예의 전극(들)(1)으로서 사용하기에 적합하다. 이들 재료는 플래티늄, 금, 은, 아연, 구리, 티타늄 및/또는 이들의 합금 또는 혼합물 등과 같은 재료를 포함한다. 그러나, 전극(들)(1)(5)은 금속(들)(예를 들어, 적절한 산화물, 탄화물, 질화물, 탄소, 실리콘 및 이들의 혼합물 또는 복합물 등을 포함함)을 포함할 수 있는 임의의 적합한 재료로 제조될 수 있다. 또한, 다양한 금속의 합금이 또한 본 발명과 함께 사용하기에 바람직하다. 구체적으로, 합금은 예를 들어 액체(3) 내의 플라즈마(4) 및/또는 상이한 성분 내에 및/또는 둘레에 상이한 특성을 초래하는 조정 가능한 플라즈마(4) 내에 상이한 양, 강도 및/또는 반응도의 화학적 성분을 제공할 수 있다. 예를 들어, 상이한 스펙트럼이 플라즈마(4)로부터 방출될 수 있고, 상이한 필드가 플라즈마(4)로부터 방출될 수 있다. 따라서, 플라즈마(4)는 바람직한 최종 생성물을 성취하는데 요구되는 액체(3) 내에 존재하는 다양한 상이한 나노입자 및/또는 나노입자/용액 및/또는 바람직한 성분 또는 중간물(들)의 형성에 수반될 수 있다. 또한, 화학적 조성물 및 전극(들)(1, 5)의 형상 팩터(들)가 조정 가능한 플라즈마(4)의 형성에 중요한 역할을 할 뿐만 아니라, 임의의 전극(들)(1, 5)이 제조되어 있는 장소(monor)가 또한 전극(들)(1, 5)의 성능에 영향을 줄 수 있다. 이와 관련하여, 전극(들)(1, 5)을 형성하는데 이용되는 단조, 인발 및/또는 주조 기술(들)을 포함하는 정확한 성형 기술이 열역학적 및/또는 동역학적 과제를 포함하는 전극(들)(1, 5)의 화학적 및/또는 물리적 활동도에 영향을 미칠 수 있다.
예를 들어 액체(3)(예를 들어, 물)의 표면(2) 상부의 공기 내의 조정 가능한 플라즈마(4)의 생성은 일반적으로 적어도 일부의 오존, 뿐만 아니라 특정량의 다양한 질소 기반 화합물 및 다른 성분을 생성할 것이다. 다양한 예시적인 재료가 조정 가능한 플라즈마(4) 내에 생성될 수 있고, 액체(3)의 표면(2)과 전극(1) 사이의 분위기를 포함하는 다수의 팩터에 의존하는 다양한 재료를 포함할 수 있다. 플라즈마(4) 및/또는 액체(3)(액체가 물을 포함할 때) 내에 가능하게 존재하는 다양한 종을 이해하는 것을 돕기 위해, 표제가 "물 내의 유기 재료의 펄스화된 코로나 유도 열화(Pulsed corona-induced degradation of organic materials in water)"인 빌헬무스 프레데릭 로렌스 마리아 회벤(Wilhelmus Frederik Laurens Maria Hoeben)에 의한 2000년 6월 15일자 논문을 참조하고, 이 논문의 요지는 본 명세서에 표현적으로 참조로서 포함되어 있다. 전술된 논문의 작업은 물 내에 존재하는 바람직하지 않은 재료의 코로나 유도 열화의 생성에 주로 관련되며, 이러한 코로나는 펄스화된 DC 코로나라 칭한다. 그러나, 이 논문에 언급된 다수의 화학종은 또한, 특히 조정 가능한 플라즈마(4)의 생성을 보조하는 환경이 습한 공기를 포함하고 액체(3)가 물을 포함할 때 본 명세서에 개시된 실시예의 조정 가능한 플라즈마(4) 내에도 존재할 수 있다. 이와 관련하여, 다수의 래디컬, 이온 및 메타 안정성 원소가 전극(1)과 표면(2) 사이에 존재하는 임의의 기상 분자 또는 원자의 해리 및/또는 이온화에 기인하여 조정 가능한 플라즈마(4) 내에 존재할 수 있다. 공기 내에 습기가 존재하고 이러한 습한 공기가 조정 가능한 플라즈마(4)를 "공급하는" 분위기의 적어도 주요 성분일 때, 하이드록실 래디컬, 오존, 원자 산소, 일중항 산소(singlet oxygen) 및 하이드로페레옥실 래디컬과 같은 산화종이 형성될 수 있다. 또한, NOx 및 N2O와 같은 소정량의 산화질소가 또한 형성될 수 있다. 따라서, 표 1은 액체(3)가 물을 포함하고 조정 가능한 플라즈마(4)에 원재료를 공급하거나 제공하는 것을 보조하는 분위기가 습한 공기를 포함할 때 조정 가능한 플라즈마(4) 내에 존재하는 것으로 예측될 수 있는 반응물의 일부를 열거한다.
<표 1>
Figure pct00002
제이. 르리비에르(J. Lelievre), 엔. 뒤브릴(N. Dubreuil) 및 제이. 엘. 브리셋(J. -L. Brisset)에 의해 저술되어 J. Phys. III France 5에 출판된 표제가 "습한 공기 내에서의 D.C. 코로나 방전에서의 전해 프로세스(Electrolysis Processes in D.C. Corona Discharge in Humid Air)"인 1995년 4월의 논설 페이지 447 내지 457은 주로 DC 코로나 방전에 초점을 두고 활성 전극의 극성에 따라, 니트라이트 및 니트레이트와 같은 음이온, 카보네이트 및 산소 음이온이 네거티브 방전에서 현저한 이온이고, 반면에 양자, 산소 및 NOx 양이온이 포지티브 방전에서 생성되는 주요 양이온 종이라는 것에 주목하였다. 니트라이트 및/또는 니트레이트의 농도는 전류 강도에 따라 다양할 수 있다. 이 논설은 또한 그 표 I(본 명세서에서 표 2로 재현됨)에 그 내부에서 생성된 DC 플라즈마 내에 존재할 수 있는 다양한 종 및 표준 전극 전위를 개시하였다. 따라서, 조정 가능한 플라즈마(들)(4)를 생성하는데 이용되는 특정 작동 조건에 따라 본 발명의 조정 가능한 플라즈마(들)(4) 내에 존재할 수 있는 것으로서 이러한 종을 예측할 수 있다.
<표 2>
Figure pct00003
신페이 루(Xinpei Lu), 프랑크 레이폴트(Frank Leipold) 및 모우너 라로우시(Mounir Laroussi)에 의해 저술되어 Journal of Physics D: Applied Physics에 출판된 표제가 "비평형 공기 플라즈마의 광학 및 전기적 진단(Optical and electrical diagnostics of a non-equilibrium air plasma)"인 2003년 10월 15일 발표된 논설의 페이지 2662 내지 2666(이 논설의 요지는 본 명세서에 표현적으로 참조로서 포함되어 있음)은 공기 갭에 의해 분리된 한 쌍의 평행 전극으로의 AC(60 Hz) 고전압(<20 kV)의 인가에 초점을 두고 있다. 전극 중 하나는 금속 디스크이고, 다른 전극은 물의 표면이었다. 수행된 분광 측정은 플라즈마로부터의 광 방출이 OH(A-X), N2(C-B) 및 N2 + (B-X) 전이에 의해 지배된다는 것을 나타내고 있다. 이 논설의 도 4a로부터의 스펙트럼은 본 명세서에 도 67a로서 재현되어 있다.
2007년 분자 분광학의 저널(Journal of Molecular Spectroscopy)에 출판된 제트. 마칼라(Z. Machala) 등의 표제가 "바이오 의학 및 환경 용례를 위한 대기압 플라즈마의 방출 분광법(Emission spectroscopy of atmospheric pressure plasmas for bio-medical and environment applications)"인 논설은 대기압 플라즈마의 추가의 방출 스펙트럼을 개시하고 있다. 이 논설의 도 3 및 도 4로부터의 스펙트럼이 도 67b 및 도 67c로서 재현되어 있다.
2005년 응용 물리학 레터스(Applied Physics Letters)에 출판된 엠. 라로우시(M. Laroussi) 및 엑스. 루(X. Lu)의 표제가 "바이오의학 용례를 위한 실온 대기압 플라즈마 플룸(Room-temperature atmospheric pressure plasma plume for biomedical applications)"인 논설은 OH, N2, N2 +, He 및 O로부터의 방출 스펙트럼을 개시하고 있다. 이 논설의 도 4로부터의 스펙트럼은 도 67d, 도 67e 및 도 67f로서 재현되어 있다.
J. Phys. D: Appl. Phys. 38(2005년) 페이지 409 내지 416(이 논설의 용지는 본 명세서에 표현적으로 참조로서 포함되어 있음)에 출판된 "하이브리드 가스-액체 전기 방전 반응기 내에서의 물 표면의 상부의 펄스화된 코로나 방전에 의한 오존의 생성(Generation of ozone by pulsed corona discharge over water surface in hybrid gas-liquid electrical discharge reactor)"인 논설에서 피터 루크스(Petr Lukes) 등에 의해 개시된 바와 같이 물 표면의 상부에서의 펄스화된 코로나 방전에 의한 오존의 생성이 또한 당 기술 분야에 알려져 있다. 루크스 등은 평면형의 고전압 전극(그물형 유리화 비정형 탄소로 제조됨)과 물 표면 사이의 가스상 내에 생성된 펄스-포지티브 코로나 방전에 의한 오존의 형성을 개시하고 있고, 상기 물은 물 내에 위치된 침지된 접지 스테인레스강 "점" 기계적으로 성형된 전극을 갖고 개별 전원에 의해 전력 공급받는다. 다양한 바람직한 종이 액체 내에 형성되고, 이들 종의 일부는 여기에 개시된 실시예의 특정 작동 조건에 따라 존재하는 것으로 또한 예측될 수 있다.
또한, 데네즈(Denes) 등에 2004년 6월 15일 허여된 발명의 명칭이 "조밀 매체 플라즈마 반응기 내에서 조밀 유체 매체를 소독하는 방법(Method for Disinfecting a Dense Fluid Medium in a Dense Medium Plasma Reactor)"인 미국 특허 제6,749,759호(이 특허의 요지는 본 명세서에 표현적으로 참조로서 포함되어 있음)는 조밀한 매체 플라즈마 반응기 내의 조밀한 유체 매체를 소독하는 방법을 개시하고 있다. 데네즈 등은 다양한 목적으로 음표수의 오염 제거 및 소독을 개시하고 있다. 데네즈 등은 다양한 대기압 플라즈마 환경, 뿐만 아니라 가스상 방전, 펄스화된 고전압 방전 등을 개시하고 있다. 데네즈 등은 조밀한 유체 매체 내에 침지된 제1 전도성 재료 및 조밀한 유체 매체 내에 또한 침지된 제2 전도성 재료를 포함하는 제2 전극을 포함하는 제1 전극을 사용한다. 데네즈 등은 이어서 제1 및 제2 전극 사이에 전기 전위를 인가하여 전극들 사이에 방전 구역을 생성하여 조밀한 유체 매체 내에 반응종을 생성하였다.
전술된 모든 성분은, 존재하는 경우 생성된 최종 나노입자 및/또는 나노입자/용액에 도움이 되거나 유해한 이러한 종의 함수로서 적어도 부분적으로(또는 실질적으로 완전히) 관리되고, 제어되고, 조정되고, 최대화되고, 최소화되고, 제거될 수 있고, 다음에 다양한 상이한 기술(본 명세서에서 이후에 더 상세히 설명됨)에 의해 제어될 필요가 있을 수 있다. 도 1a에 도시되어 있는 바와 같이, 조정 가능한 플라즈마(4)는 액체(3)의 실제 표면(2)에 접촉한다. 본 발명의 이 실시예에서, 전극(1)으로부터의 재료(예를 들어, 금속)는 조정 가능한 플라즈마(4)의 부분을 포함할 수 있고, 예를 들어 액체(예를 들어, 물) 상에 및/또는 내에 "스퍼터링"될 수도 있다. 따라서, 금속(들)이 전극(들)(1)으로서 사용될 때, 원소 금속(들), 금속 이온, 루이스 산, 브뢴스테드-로우리 산, 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 수화물, 금속 수산화물, 금속 탄화물 및/또는 이들의 혼합물 등은 조정 가능한 플라즈마(4)와 관련된 특정 세트의 작동 조건(뿐만 아니라 다른 작동 조건)에 따라 액체(예를 들어, 프로세스의 적어도 일부 동안)에서 발견될 수 있다.
또한, 예를 들어, 액체(3) 내의 및 액체(3) 둘레, 뿐만 아니라 존재하는 액체(3)의 체적 내의 전기장, 자기장 및/또는 전자기장 강도, 극성 등에 따라[예를 들어, 홈통 부재(30)의 단면 크기 및 형상 및/또는 액체(3)의 유량의 함수로서](본 명세서의 다른 부분에서 더 상세히 설명됨), 전극(들)(1, 5)의 물리적 및 화학적 구성, 분위기(자연적으로 발생하거나 공급된), 액체(3) 조성, 더 많거나 적은 양의 전극(들) 재료(들)[예를 들어, 금속(들) 또는 금속의 유도체]가 액체(3) 내에서 발견될 수 있다. 추가의 중요한 정보는 2003년 3월 21일 출원된 발명의 명칭이 재료 및 시스템 내의 결정 성장, 결정화, 구조 및 상태의 제어 방법(Methods for Controlling Crystal Growth, Crystallization, Structures and Phases in Materials and Systems)인 계류중인 특허 출원에 개시되어 있는데, 이 출원은 2003년 10월 203일자로 공개 번호 WO 03/089692호로 세계 지적재산권 기구(World Intellectual Property Organization)에 의해 공개되었고 2005년 6월 6일에 미국 국내 단계에 진입하여 2006년 2월 23일에 공개 번호 제20060037177호로 미국 특허청에 의해 공개되었다(각 출원의 발명자는 벤틀리 제이. 블럼, 줄리아나 에이치. 제이. 브룩스 및 마크 지. 모텐슨임). 양 출원의 요지는 본 명세서에 명백히 참조로서 포함되어 있다. 이들 공개된 출원은 (무엇보다도) 예를 들어 전기장, 자기장, 전자기 에너지 등의 영향이 다양한 고체, 액체, 가스 및/또는 플라즈마 내의 다양한 구조의 형성 및/또는 제어에 매우 중요한 것으로 판명되었다는 것을 개시하고 있다. 이러한 개시된 효과는 또한 본 명세서에 개시된 실시예에 관련된다. 또한, 예를 들어 그에 인가된 전위(및 그를 통한 전류 흐름)를 갖는 전극 내의 및 전극 둘레의 pH의 극단의 변동의 관찰이 또한 반응 생성물 및/또는 반응 속도를 제어한다. 따라서, 복잡한 세트의 반응이 각각의 전극(1, 5) 및 전극 조립체 또는 전극 세트(예를 들어, 1, 5; 1, 1; 5, 5 등)에 발생할 가능성이 있다.
특정 상황에서, 재료(들)[예를 들어, 금속(들), 금속 이온(들), 금속 복합물(들) 또는 성분(예를 들어, 루이스 산, 브뢴스테드-로우리 산 등) 및/또는 액체(3)(그 처리 후의) 내에서 발견되는 무기물]는 매우 바람직한 효과를 가질 수 있고, 이 경우 비교적 많은 양의 이러한 재료(들)가 바람직할 수 있는데, 반면에 다른 경우에는 액체 내에 발견되는 특정 재료(예를 들어, 바람직하지 않은 부산물)는 바람직하지 않은 효과를 가질 수 있고, 따라서 최소량의 이러한 재료(들)가 최종 생성물 내에 바람직할 수 있다. 또한, 액체(3) 자체의 구조/조성은 또한 본 발명의 프로세싱 조건에 의해 유리하게 또는 부정적으로 영향을 받을 수 있다. 따라서, 전극 조성은 본 명세서에 개시된 실시예에 따라 형성된 궁극적인 재료(들)(예를 들어, 나노입자 및/또는 나노입자/용액)에서 중요한 역할을 할 수 있다. 전술된 바와 같이, 전극(들)(1)(5)에서 발생하는 반응과 수반되는 분위기는 중요한 역할을 한다. 그러나, 전극 조성은 또한 전극(1, 5) 자체가 적어도 부분적으로 중간물 및/또는 형성된 최종 생성물의 부분이 될 수 있게 하는데 중요한 역할을 한다. 대안적으로, 전극은 최종 생성물에 상당한 역할을 가질 수 있다. 달리 말하면, 전극의 조성은 본 발명의 최종 생성물 내에 많은 부분으로 발견될 수 있거나 또는 본 명세서에 개시된 실시예에 따라 생성된 제품의 작은 화학적 부분만을 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 전극(들)(1, 5)이 본 명세서에 개시된 다양한 실시예의 프로세스 조건에 따라 다소 반응성인 것으로 발견될 때, 전극으로부터의 이온 및/또는 물리적 입자(예를 들어, 단결정 또는 다결정의 금속 기반 입자)가 최종 생성물의 부분이 될 수 있는 것으로 예측될 수 있다. 이러한 이온 및/또는 물리적 성분은 최종 생성물 내의 입자의 지배적인 부분이 될 수 있고, 프로세스의 단지 일부에서만 존재할 수 있거나, 또는 최종 생성물 내에 존재하는 코어-쉘 배열의 부분일 수 있다. 또한, 코어-쉘 배열은 완전한 쉘을 포함할 필요는 없다. 예를 들어, 형성된 나노입자 상의 부분적인 쉘 및/또는 표면 불규칙부 또는 특정 바람직한 표면 형상은 이들의 의도된 사용시에 이러한 나노입자의 궁극적인 성능에 큰 영향을 미칠 수 있다. 화학 조성, 반응 분위기, 전력 강도 등의 약간의 조정이 형성될 다양한 상이한 화학 화학물(반영구적 및 일시적의 모두) 나노입자(및 나노입자 성분), 뿐만 아니라 상이한 나노입자/용액[예를 들어 액체(3)(물과 같은) 자체의 구조를 개질하는 것을 포함함]을 발생시킬 수 있다는 것이 당 기술 분야의 숙련자에게 명백할 것이다.
또한, 전극(들)(1, 5)은 유사한 화학 조성 또는 완전히 상이한 화학 조성을 가질 수 있고, 그리고/또는 액체 내의 다양한 이온의 조성, 화학물 및/또는 물리적 입자 및/또는 액체 자체의 구조 및/또는 최종 결과적인 생성물로부터의 특정 효과를 성취하기 위해 유사하거나 완전히 상이한 성형 프로세스에 의해 제조될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서의 다양한 실시예에 나타낸 전극 쌍은 동일하거나 실질적으로 유사한 조성을 갖는 것이 바람직할 수 있고, 또는 본 명세서의 다양한 실시예에 나타낸 전극 쌍이 상이한 화학 조성(들)을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 상이한 화학 조성은 물론 본 명세서에 개시된 다양한 플라즈마 및/또는 전기 화학적 실시예에서 가능한 반응을 위해 상이한 성분이 존재할 수 있게 한다. 또한, 단일 전극(1 또는 5)(또는 전극 쌍)이 적어도 2개의 상이한 금속으로 제조되어, 금속의 각각의 성분이 개시된 실시예의 프로세스 조건 하에서 서로 상호 작용할 뿐만 아니라, 예를 들어 플라즈마(4) 및/또는 액체(3) 내에 존재하는 플라즈마(들)(4) 및/또는 액체(들)(3), 필드 등 내의 다른 성분과 상호 작용할 수 있게 된다.
또한, 전극(들)(1, 5) 또는 전극(1, 1)(예를 들어, 도 3d, 도 4d, 도 8d 및 도 9d 참조) 또는 전극(5, 5)(예를 들어, 도 3c, 도 4c, 도 8c 및 도 9c 참조) 사이의 거리는 본 발명의 일 중요한 양태이다. 일반적으로, 본 발명에 사용된 전극(들)의 가장 근접한 부분 사이의 최소 거리("y")의 위치는 전극[예를 들어, 전극(들)(1)과 전극(들)(5)] 사이에서 발생하는 원하지 않는 코로나 또는 플라즈마의 형성 또는 바람직하지 않은 아크를 방지하기 위해 거리("x")보다 커야 한다. 다양한 전극 디자인(들), 전극 위치(들) 및 전극 상호 작용(들)이 본 명세서의 예 섹션에서 더 상세히 설명된다.
전원(10)을 통해 인가된 전력은 본 발명의 모든 프로세스 조건 하에서 바람직한 조정 가능한 플라즈마(4) 및 바람직한 조정 가능한 전기 화학적 반응을 생성하는 임의의 적합한 전력일 수 있다. 본 발명의 일 바람직한 모드에서, 승압 변압기("전원" 섹션 및 "예" 섹션에서 설명됨)로부터의 교류가 이용된다. 본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 교류 전원의 극성은 다이오드 브리지에 의해 수정되어 포지티브 전극(1) 및 네거티브 전극(5), 뿐만 아니라 포지티브 전극(5) 및 네거티브 전극(1)을 생성한다. 일반적으로, 전극(들) 부품(1, 5)의 조합, 전극(들)(1, 5)의 물리적인 크기 및 형상, 전극 제조 프로세스, 전극(1 및/또는 5)의 질량, 액체(3)의 표면 상부의 전극(1)의 팁 사이의 거리("x"), 전극 팁(9)과 표면(2) 사이의 가스의 조성, 액체(3)의 유량 및/또는 유동 방향("F"), 액체(3)의 조성, 액체(3)의 전도도, 전압, 전류량, 전극의 극성 등은 모두 디자인에 기여하고, 따라서 전력 요구(예를 들어, 수학식 1의 파괴 전기장 또는 "Ec")는 모두 액체(3)의 표면(2)과 전극 팁(9) 사이의 제어된 또는 조정 가능한 플라즈마(4)의 형성에 영향을 미친다.
도 1a 및 도 1b에 도시되어 있는 구성을 더 참조하면, 전극 홀더(6a, 6b)는 절연 부재(8)(단면도로 도시되어 있음) 내의 및 절연 부재(8)를 통해 하강되고 상승될 수 있다(따라서, 전극은 하강되고 상승될 수 있음). 여기에 도시되어 있는 실시예는 수/암 나사 나사산이다. 그러나, 전극 홀더(6a, 6b)는 전극 홀더(6a, 6b)를 신뢰적으로 상승시키고 그리고/또는 하강시킬 수 있는 임의의 적합한 수단으로 구성될 수 있다. 이러한 수단은 절연 부재(8)와 전극 홀더(6a, 6b) 사이의 압력 끼워맞춤, 노치, 기계적인 현수 수단, 가동 환형 링 등을 포함한다. 달리 말하면, 전극 홀더(6a, 6b)의 높이를 신뢰적으로 고정하기 위한 임의의 수단이 본 명세서에 개시된 실시예의 범위 및 경계 내에 있는 것으로서 고려되어야 한다.
예를 들어, 도 1c는 전극(1, 5)을 상승하고 하강하기 위한 다른 실시예를 도시하고 있다. 이 실시예에서, 각각의 전극의 전기 절연부(7a, 7b)는 마찰 메커니즘(13a, 13b, 13c)과 부분(7a, 7b) 사이에 존재하는 압력 끼워맞춤부에 의해 적소에 유지된다. 마찰 메커니즘(13a, 13b, 13c)은, 충분한 접촉이 그 후에 유지되는 한 예를 들어 탄성강, 가요성 고무 등으로 제조될 수 있다.
부분(6a, 6b)은 예를 들어 추가의 전기 절연부(7a, 7b)에 의해 커버될 수 있다. 전기 절연부(7a, 7b)는 그 각각이 전극 홀더(6a, 6b)와 인터페이싱할 때(예를 들어, 전극의 높이를 조정하려고 시도할 때) 발생할 수 있는 바람직하지 않은 전류, 전압, 아크 발생 등을 방지하는 임의의 적합한 전기 절연 재료(예를 들어, 플라스틱, 고무, 섬유 재료 등)일 수 있다. 그러나, 전기 절연부(7a, 7b)가 단순히 전극 홀더(6a, 6b) 상부의 커버가 되게 하는 것보다는, 이러한 절연부(7a, 7b)는 실질적으로 완전히 전기 절연 재료로 제조될 수 있다. 이와 관련하여, 종방향 계면이 전기 절연부(7a/7b)와 전극 홀더(6a/6b) 사이에 각각 존재할 수 있다[예를 들어, 전극 홀더(6a/6b)는 절연부(7a/7b)와는 완전히 상이한 재료로 제조되어 그에 기계적으로 또는 화학적으로(예를 들어, 접착식으로) 부착될 수 있음].
마찬가지로, 절연 부재(8)는 바람직하지 않은 전기적인 이벤트(예를 들어, 아크 발생, 용융 등)가 발생하는 것을 방지하는 임의의 적합한 재료, 뿐만 아니라 본 발명을 실시하는데 구조적으로 그리고 환경적으로 적합한 임의의 재료로 제조될 수 있다. 통상적인 재료는 폴리카보네이트 플렉시글래스[폴리(메틸 메타크릴레이트)], 폴리스티렌, 아크릴 등과 같은 구조적인 플라스틱을 포함한다. 구조적인 플라스틱 등을 선택하기 위한 특정 기준은 이들에 한정되는 것은 아니지만 프로세스의 전기적, 온도 및 환경적인 조건을 경험하면서 형상 및/또는 강성을 유지하는 능력을 포함한다. 바람직한 재료는 아크릴, 플렉시글래스 및 공지된 화학적, 전기적 및 전기적 저항 뿐만 아니라 비교적 높은 기계적 강성의 다른 폴리머 재료를 포함한다. 이와 관련하여, 부재(8)의 바람직한 두께는 약 1/16" 내지 3/4"(1.6 mm 내지 19.1 mm)의 정도이다.
전원(10)은 전극(1, 5)에 임의의 적절한 전기적인 방식으로 접속될 수 있다. 예를 들어, 와이어(11a, 11b)는 부분(11a, 11b) 및 따라서 전극(1, 5) 사이의 전기적인 접속을 성취하는 주 목적을 갖고 전극 홀더(6a, 6b)의 적어도 일부 내에 위치될 수 있다. 바람직한 전기적인 접속의 특정 상세는 본 명세서의 다른 부분에서 설명된다.
도 2a는 본 발명의 바람직한 실시예의 다른 개략도를 도시하고 있고, 여기서 본 발명의 제어 디바이스(20)가 전극(1, 5)에 접속되어 제어 디바이스(20)가 액체(3)의 표면(2)에 대해 전극(1, 5)을 원격으로(예를 들어, 다른 디바이스로부터의 명령시에) 상승시키고 그리고/또는 하강시키게 된다. 본 발명의 제어 디바이스(20)는 본 명세서에서 이하에 더 상세히 설명된다. 본 발명의 이 바람직한 실시예에서, 전극(1, 5)은 예를 들어 원격으로 하강되고 제어될 수 있고, 또한 적합한 제어기 또는 소프트웨어 프로그램(본 명세서에서 이하에 더 상세히 설명됨)을 포함하는 컴퓨터(도 2a에는 도시되어 있지 않음)에 의해 모니터링되고 제어될 수 있다. 이와 관련하여, 도 2b는 테일러 원추("T")가 전극(5)과 액체(3)의 유효 표면(2') 사이의 전기적인 접속을 위해 이용되는 것을 제외하고는 도 2a에 도시되어 있는 것과 유사한 전극 구성을 도시하고 있다. 따라서, 도 1a, 도 1b 및 도 1c에 도시되어 있는 실시예는 본 발명의 교시와 함께 사용하기 위한 수동 제어형 장치인 것으로서 고려되어야 하고, 반면에 도 2a 및 도 2b에 도시되어 있는 실시예는 적절한 명령에 응답하여 전극(1, 5)을 원격으로 상승시키고 하강시킬 수 있는 자동 장치 또는 조립체를 포함하는 것으로 고려되어야 한다. 또한, 도 2a 및 도 2b의 본 발명의 바람직한 실시예는 또한 표면(2)으로부터 이격하여 전극(들)(1)의 팁(9)[및 전극(5)의 팁(9')]의 거리("x")의 컴퓨터 모니터링 및 컴퓨터 제어를 이용할 수 있다(본 명세서에서 이하에 더 상세히 설명됨). 따라서, 전극(1, 5)을 상승시키고 그리고/또는 하강시키기 위한 적절한 명령은 제어기 또는 컴퓨터(도 2a에는 도시되어 있지 않음)와 같은 개별 조작자 및/또는 적절한 제어 디바이스로부터 도래할 수 있다.
도 3a는 도 2a 및 도 2b에 대부분 대응하지만, 도 3b, 도 3c 및 도 3d는 본 발명의 특정의 바람직한 실시예와 연계하여 이용될 수 있는 다양한 대안적인 전극 구성을 도시하고 있다. 도 3b는 본질적으로 도 3a에 도시되어 있는 전극 조립체로부터 전극 조립체의 경면 이미지를 도시하고 있다. 특히, 도 3b에 도시되어 있는 바와 같이, 도 3b의 액체(3)의 유동 방향에 대응하는 방향("F")와 관련하여, 전극(5)은 종방향("F")으로 유동할 때 유체(3)와 통신하는 제1 전극이고, 전극(1)은 이어서 전극(5)에 의해 이미 개질된 유체(3)와 접촉한다. 도 3c는 유체(3) 내에 위치된 2개의 전극(5a, 5b)을 도시하고 있다. 이 특정 전극 구성은 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 대응한다. 특히, 도 3a 내지 도 3d에 도시되어 있는 임의의 전극 구성은 서로 조합하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 3a에 도시되어 있는 전극 구성(즉, 전극 세트)은 방향("F")로 유동하는 액체(3)가 만나게 되는 제1 전극 세트 또는 구성일 수 있다. 그 후에, 액체(3)는 제2 전극 세트 또는 구성(3a)과 만날 수 있고, 또는 대안적으로 액체(3)는 제2 전극 세트 또는 구성(3b)과 만날 수 있고, 또는 대안적으로 방향("F")으로 유동하는 액체(3)는 도 3c에 도시되어 있는 것과 같은 제2 전극 세트와 만날 수 있고, 또는 대안적으로 방향("F")으로 유동하는 액체(3)는 도 3d에 도시되어 있는 것과 유사한 제2 전극 세트와 만날 수 있다. 대안적으로, 방향("F")으로 유동하는 액체(3)에 의해 만나게 되는 제1 전극 구성 또는 전극 세트가 도 3a에 도시되어 있는 전극 구성이면, 제2 전극 세트 또는 구성은 도 3c에 도시되어 있는 것과 유사할 수 있고 방향("F")으로 유동하는 액체(3)가 그 후에 만나게될 수 있는 제3 전극 세트 또는 전극 구성은 도 3a 내지 도 3d에 도시되어 있는 전극 구성 중 임의의 하나일 수 있다. 대안적으로, 방향("F")으로 유동하는 액체(3)가 만나게될 수 있는 제1 전극 세트 또는 구성은 도 3d에 도시되어 있는 전극 구성일 수 있고, 그 후에 방향("F")으로 유동하는 액체(3)가 만나게될 수 있는 제2 전극 세트 또는 구성은 도 3c에 도시되어 있는 전극 구성일 수 있고, 그 후에 도 3a 내지 도 3d에 도시되어 있는 전극 세트 또는 구성 중 임의의 하나가 제3 세트의 전극을 위한 구성을 포함할 수 있다. 또한, 방향("F")으로 유동하는 액체(3)가 만나게될 수 있는 제1 전극 구성은 도 3a에 도시되어 있는 전극 구성일 수 있고, 제2 전극 구성은 도 3a에 또한 도시되어 있는 전극 구성일 수 있고, 그 후에 도 3c에 도시되어 있는 것과 유사한 복수의 전극 구성이 이용될 수 있다. 다른 실시예에서, 모든 전극 구성은 도 3a의 것과 유사할 수 있다. 이와 관련하여, 다양한 전극 구성(이용된 전극 세트의 수를 포함함)이 가능하고, 각각의 전극 구성은 액체(3) 내의 매우 상이한 최종 성분(예를 들어, 나노입자 또는 나노입자/용액 혼합물) 또는 약간 상이한 성분(예를 들어, 나노입자/나노입자 용액 혼합물)을 생성하는데, 이들 성분의 모두는 상이한 특성(예를 들어, 상이한 화학적 특성, 상이한 반응 특성, 상이한 촉매 특성 등)을 나타낼 수 있다. 원하는 수의 전극 세트 및 원하는 전극 구성 및 더 구체적으로는 원하는 전극 세트의 시퀀스를 결정하기 위해, 전극 조성, 플라즈마 조성(및 분위기 조성) 및 강도, 전원, 전극 극성, 전압, 전류량, 액체 유량, 액체 조성, 액체 전도도, 단면(및 처리된 유체의 체적), 임의의 필드 강화제가 포함되는지 여부에 무관하게 각각의 전극 조립체 내의 각각의 전극 내에 및 전극 둘레에 생성된 자기장, 전자기장 및/또는 전기장, 추가의 원하는 프로세싱 단계(예를 들어, 전자기 방사선 처리), 중간 생성물 및 최종 생성물 내의 원하는 양의 특정 성분 등과 같은 본 명세서에 설명된 것들 모두를 포함하는 다수의 팩터가 고려될 필요가 있다. 전극 조립체 조합의 몇몇 특정예는 본 명세서에서 이하의 "예" 섹션에 포함된다. 그러나, 본 발명의 실시예는 과잉의 전극 조합 및 전극 세트의 수를 허용하고, 이들 중 임의의 하나는 상이한 특정 화학적, 촉매적, 생물학적 및/또는 물리적 용례에 대해 매우 바람직한 나노입자/용액을 생성할 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
도 3a, 도 3b 및 도 3d에 도시되어 있는 조정 가능한 플라즈마(4)와 관련하여, 거리("x")(또는 도 3d에서는 "xa" 및 "xb")는 조정 가능한 플라즈마(4)의 특정 양태를 제어하기 위한 일 수단이다. 이와 관련하여, 거리("x")를 제외하고 도 3a, 도 3b 또는 도 3d 내의 어떠한 것도 변경되지 않으면, 상이한 강도의 조정 가능한 플라즈마(4)가 성취될 수 있다. 달리 말하면, 플라즈마(4)(예를 들어, 강도)를 조정하기 위한 일 조정 수단은 전극(1)의 팁(9)과 유체(3)의 표면(2) 사이의 거리("x")를 조정하는 것이다. 이러한 거리의 변경은 조합된 전압 및 전류량이 수학식 1에 따라 팁(9)과 표면(2) 사이의 분위기의 파괴를 유발하는데 더 이상 충분하지 않은 최대 거리("x")까지 성취될 수 있다. 따라서, 최대 바람직한 거리("x")는 단지 분위기의 "Ec" 파괴가 발생하기 시작하는 범위 내에 또는 범위 미만에 있다. 대안적으로, 최소 거리("x")는 테일러 원추가 형성되는 본 명세서에서 전술된 다른 현상에 대조하여 조정 가능한 플라즈마(4)가 형성되는 이들 거리이다. 이와 관련하여, 거리("x")가 매우 작아져서 액체(3)가 전극(1)의 팁에 위킹(wick)하거나 접촉하는 경향이 있으면, 어떠한 시각적인 흡수 가능한 플라즈마도 형성되지 않을 것이다. 따라서, 최소 및 최대 거리("x")는 시스템에 인가된 전력량, 분위기의 조성, 액체의 조성(예를 들어, 전기 전도도) 등을 포함하는 본 명세서의 다른 부분에서 설명된 모든 팩터의 함수이다. 또한, 플라즈마(들)(4)의 강도 변화는 또한 다른 프로세싱 조건에 대해 활성화되는 특정 종을 생성할 수도 있다. 이는 예를 들어 상이한 스펙트럼 방출 뿐만 아니라 플라즈마(들)(4) 내의 다양한 스펙트럼 라인의 진폭의 변화를 초래할 수 있다. 다양한 전극 구성 및 조성에 대한 특정의 바람직한 거리("x")는 본 명세서에서 이하의 "예" 섹션에서 설명된다.
또한, 도 3d와 관련하여, 거리("xa" 및 "xb")는 대략 동일할 수 있거나 실질적으로 상이할 수 있다. 이와 관련하여, 본 발명의 일 바람직한 실시예에서, 방향("F")으로 유동하는 액체(3)에 대해, 조정 가능한 플라즈마(4a)가 조정 가능한 플라즈마(4b)와는 상이한 특성을 갖는 것이 바람직하다. 이와 관련하여, 상이한 분위기가 제공되어 플라즈마(4a, 4b)의 조성이 서로 상이하게 되는 것이 가능하고, 높이("xa" 및 "xb")가 서로 상이한 것도 또한 가능하다. 상이한 높이의 경우에, 플라즈마(4a, 4b)의 각각과 관련된 강도 또는 전력은 상이할 수 있다(예를 들어, 상이한 전압이 성취될 수 있음). 이와 관련하여, 전극(1a, 1b)은 전기적으로 접속되기 때문에, 시스템 내의 총 전력량은 실질적으로 일정하게 유지될 수 있고, 따라서 일 전극(1a 또는 1b)에 제공된 전력량은 다른 전극(1a 또는 1b)에서 감소하는 전력을 희생하여 증가할 것이다. 따라서, 이는 플라즈마(4a, 4b) 내의 성분 및/또는 강도 및/또는 스펙트럼 피크의 존재 또는 부재(absence)를 제어하고 따라서 방향("F")으로 유동하는 액체(3)와 이들의 상호 작용을 조정하기 위한 다른 본 발명의 실시예이다.
마찬가지로, 수동 제어 가능한 전극 구성의 세트가 부분 단면도로 도시되어 있는 도 4a, 도 4b, 도 4c 및 도 4d에 도시되어 있다. 구체적으로, 도 4a는 도 1a에 실질적으로 대응한다. 더욱이, 도 4b는 도 3b에 도시되어 있는 전극 구성에 전극 구성이 대응하고, 도 4c는 도 3c에 대응하고, 도 4d는 도 3d에 대응한다. 본질적으로, 도 4a 내지 도 4d에 도시되어 있는 수동 전극 구성은 기능적으로 도 3a 내지 도 3d에 도시되어 있는 원격 조정 가능한(예를 들어, 원격 제어형) 전극 구성에 대응하여 생성된 이들 재료 및 조성과 본 발명의 발명적인 양태에 따라 생성된 유사한 재료를 생성할 수 있다. 그러나, 하나 이상의 조작자는 이들 전극 구성을 수동으로 조정하는 것을 요구할 수도 있다. 또한, 특정 실시예에서, 수동 제어형 및 원격 제어형 전극(들) 및/또는 전극 세트의 조합이 바람직할 수 있다.
도 5a 내지 도 5e는 본 명세서의 도면에 도시되어 있는 전극(들)을 위한 다양한 바람직한 전극 구성의 사시도를 도시하고 있다. 도 5a 내지 도 5e에 도시되어 있는 전극 구성은 본 발명의 다양한 실시예에 유용한 다수의 상이한 구성을 대표한다. 전극(1)을 위한 적절한 전극 선택을 위한 기준은 이들에 한정되는 것은 아니지만, 이하의 조건, 즉 매우 양호하게 규정된 팁 또는 첨단(9), 전극(1)의 조성, 전극(1)을 포함하는 조성물을 다양한 형상으로 형성할 때 마주치게 되는 기계적인 한계, 단조 기술과 관련된 형상 제조 능력, 형상을 형성하는데 이용되는 와이어 인발 및/또는 주조 프로세스, 편리함 등을 포함한다. 이와 관련하여, 예를 들어 도 1 내지 도 4에 도시되어 있는 전극(1)을 포함하는 소질량의 재료는 본 발명에 따른 조정 가능한 플라즈마(4)의 생성시에, 전극(들)(1)의 크기 및/또는 형상이 악영향을 받을 수 있는 작동 온도를 유발한다. 용어 "소질량"의 사용은 조성, 성형 수단, 홈통 부재(30)에서 경험되는 프로세스 조건의 함수로서 양이 변할 수 있는 전극(1)에 사용된 재료의 양의 상대적인 설명으로서 이해되어야 한다. 예를 들어, 전극(1)이 은을 포함하고 도 5a에 도시되어 있는 전극과 유사하게 성형되면, 본 명세서의 예 섹션에서 나타낸 특정 바람직한 실시예에서, 그 질량은 약 1 그램 내지 3 그램의 바람직한 질량을 갖는 약 0.5 그램 내지 약 8 그램일 수 있고, 반면에 전극(1)이 구리를 포함하고 도 5a에 도시되어 있는 전극과 유사하게 성형되면, 본 명세서의 예 섹션에 나타낸 특정 바람직한 실시예에서, 그 질량은 약 1 그램 내지 3 그램의 바람직한 질량을 갖는 약 0.5 그램 내지 6 그램일 수 있고, 반면에 전극(1)이 아연을 포함하고 도 5a에 도시되어 있는 전극과 유사하게 성형되면, 본 명세서의 예 섹션에 나타낸 특정 바람직한 실시예에서 그 질량은 약 1 그램 내지 3 그램의 바람직한 질량을 갖는 약 0.5 그램 내지 4 그램일 수 있고, 반면에 전극(1)이 금을 포함하고 도 5e에 도시되어 있는 전극과 유사하게 성형되면, 그 질량은 약 5 그램 내지 10 그램의 바람직한 질량을 갖는 약 1.5 그램 내지 20 그램일 수 있다. 이와 관련하여, 예를 들어 전극(1)이 비교적 소질량을 포함할 때, 특정 전력 한계가 소질량 전극(1)을 이용하는 것과 관련될 수 있다. 이와 관련하여, 대량의 전력이 비교적 소질량에 인가되고 이러한 전력이 조정 가능한 플라즈마(4)의 생성을 초래하면, 대량의 열 에너지가 소질량 전극(1) 내에 집중될 수 있다. 소질량 전극(1)이 매우 높은 융점을 가지면, 이러한 전극은 본 발명에서 전극(1)으로서 기능할 수 있다. 그러나, 전극(1)이 비교적 낮은 융점을 갖는 조성물(예를 들어, 은, 알루미늄 등)로 제조되면, 본 발명의 몇몇(전부는 아님) 실시예 하에서, 소질량 전극(1)에 전달된 열 에너지는 소질량 전극(1)의 용융, 균열 또는 붕괴를 포함하는 하나 이상의 바람직하지 않은 효과를 유발할 수 있다. 따라서, 더 낮은 융점의 금속을 이용하기 위한 일 선택은 열 에너지가 이러한 더 큰 질량을 통해 소산될 수 있도록 하는 이러한 더 큰 질량의 금속을 사용하는 것이다. 대안적으로, 낮은 융점을 갖는 소질량 전극(1)이 요구되면, 몇몇 유형의 냉각 수단이 요구될 수 있다. 이러한 냉각 수단은 예를 들어 전극(1)을 지나 대기 또는 인가된 분위기를 송풍하는 간단한 팬 또는 적절한 다른 이러한 수단을 포함한다. 그러나, 소질량 전극(1)과 병치된 냉각 팬을 제공하기 위한 일 가능한 바람직하지 않은 양태는 조정 가능한 플라즈마(4)를 형성하는 것과 수반되는 분위기가 악영향을 받을 수 있다는 것이다. 예를 들어, 플라즈마는 예를 들어 팁(9)과 액체(3)의 표면(2) 사이 또는 둘레의 분위기 유동이 활발하면 바람직하지 않게 이동하거나 선회하는 것이 발견될 수 있다. 따라서, 전극(들)(1)(예를 들어, 전극을 포함하는 재료)의 조성은 예를 들어 융점, 압력 민감도, 환경적인 반응 등에 기인하여 가능한 적합한 전극 물리적 형상(들)에 영향을 미칠 수 있다[예를 들어, 조정 가능한 플라즈마(4)의 국부적인 환경이 전극(들)의 화학적, 기계적 및/또는 전기 화학적 부식을 유발할 수 있음].
더욱이, 본 발명의 대안적인 바람직한 실시예에서, 팁(9)을 위한 양호하게 규정된 첨예한 첨단이 항상 요구되는 것은 아니라는 것이 이해되어야 한다. 이와 관련하여, 도 5e(사시도임)에 도시되어 있는 전극(1)은 라운딩된 첨단을 포함한다. 종종 조정 가능한 플라즈마(4)가 도 5e에 도시되어 있는 전극(1)의 다양한 지점을 따라 위치되거나 배치될 수 있기 때문에 부분적으로 라운딩되거나 아크형 전극이 또한 전극(1)으로서 기능할 수 있다는 것을 주목해야 한다. 이와 관련하여, 도 6은 전극(1)과 액체(3)의 표면(2) 사이에 발생하는 플라즈마(4a 내지 4g)에 대한 개시점(9)에 대응하는 다양한 지점("a 내지 g")을 도시하고 있다. 예를 들어, 본 발명의 특정 바람직한 실시예를 실시할 때, 조정 가능한 플라즈마(4)의 정확한 위치는 시간의 함수로서 변경될 수 있다. 구체적으로, 제1 플라즈마(4d)는 전극(1)의 팁(9) 상의 지점(d)에 형성될 수 있다. 그 후에, 팁(9) 상의 플라즈마 접점의 정확한 위치는 예를 들어 다른 지점(4a 내지 4g) 중 임의의 하나로 변경될 수 있다. 도 6에 도시되어 있는 개략도는 전극(1) 상의 팁(9)이 전극(1) 상의 팁(9) 상의 개시 또는 접촉점인 것으로서 다양한 정확한 지점(a 내지 g)을 허용할 수 있게 하기 위해 본 발명의 실시예에서 실제 배열에 대해 상당히 확대되어 있다는 것을 주목해야 한다. 본질적으로, 조정 가능한 플라즈마(4)의 위치는 시간의 함수로서 위치가 변경될 수 있고 전극(1)과 액체(3)의 표면(2) 사이에 배치된 분위기의 전기 파괴(본 명세서의 수학식 1에 따른)에 의해 지배될 수 있다. 또한, 플라즈마(4a 내지 4g)는 원추형으로서 표현되어 있지만, 도 5a 내지 도 5e에 도시되어 있는 전극 중 임의의 하나와 연계하여 형성된 플라즈마(4)는 프로세스 조건의 일부 또는 실질적으로 전체에 대해 원추 이외의 형상을 포함할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 번개 또는 백열 실린더로서 가장 양호하게 서술되는 형상이 또한 존재할 수 있다. 또한, 이러한 플라즈마(4)에 의해 방출된 색상(예를 들어, 가시광 스펙트럼 내의)은 불그스름한 색상, 푸르스름한 색상, 황색, 오렌지색, 보라색, 백색 등으로부터 광범위하게 변경될 수 있고, 이들 색상은 존재하는 분위기, 전압, 전류량, 전극 조성, 액체 조성 등의 함수이다.
따라서, 전극(1)에 대응하는 다양한 크기 및 형상이 본 발명의 교시에 따라 이용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 본 명세서의 다양한 도면에 도시되어 있는 전극(1)의 팁(9)은 비교적 첨예한 첨단 또는 비교적 무딘 단부로서 도시될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 이들 전극 팁의 특정 양태가 더 개념적인 상세로 설명되지 않으면, 도면에 도시되어 있는 전극 팁(들)의 실제 형상은 큰 중요성이 제공되지 않는다.
도 7a는 홈통 부재(30) 내에 포함된 도 2a(및 도 3a)에 도시되어 있는 것에 대응하는 전극 구성의 단면 사시도를 도시하고 있다. 이 홈통 부재(30)는 도 7a의 후방 측면(31)으로부터 홈통 부재 내로 공급되는 액체(3)를 갖고, 유동 방향("F")은 지면으로부터 독자를 향하고 도면 부호 32로서 식별된 단면 영역을 향한다. 홈통 부재(30)는 여기서 하나의 재료의 단일편으로서 도시되어 있지만, 예를 들어 재료를 서로 부착하기 위한 임의의 허용 가능한 수단에 의해 함께 끼워지고 고정된(예를 들어, 접착되고, 기계적으로 부착되는 등) 복수의 재료로 제조될 수 있다. 또한, 여기에 도시되어 있는 홈통 부재(30)는 직사각형 또는 정사각형 단면 형상을 갖지만, 다양한 상이한 단면 형상을 포함할 수도 있다. 또한, 홈통 부재(30)는 반드시 단일 단면 형상으로 제조될 필요는 없지만, 본 명세서의 다른 바람직한 실시예에서 복수의 상이한 단면 형상을 포함할 수도 있다. 제1 바람직한 실시예에서, 단면 형상은 홈통 부재(30)의 종방향 치수 전체에 걸쳐 대략 동일하지만, 단면 형상의 크기 치수는 상이한 플라즈마 및/또는 전기 화학적 반응과 동조하여 변경된다. 또한, 2개 초과의 단면 형상이 단일의 홈통 부재(30)에 이용될 수 있다. 상이한 단면 형상의 장점은 이들에 한정되는 것은 아니지만 상이한 전력, 전기장, 자기장, 전자기 상호 작용, 전자기 효과, 상이한 부분에서의 상이한 화학 반응 등을 포함하는데, 이들은 동일한 단일의 홈통 부재(30)의 상이한 종방향 부분에서 성취될 수 있다. 또한, 상이한 단면 형상의 일부는 예를 들어 국부적으로 또는 전체적으로 제공되는 상이한 분위기와 함께 이용되어, 조정 가능한 플라즈마(4) 중 적어도 하나 및/또는 전극(들)(5)에서 발생하는 전기 화학적 반응의 적어도 하나가 그 내부의 성분의 상이한 가능한 분위기 및/또는 분위기 농도의 함수가 되게 할 수 있다. 또한, 인가된 및/또는 생성된 유체의 양 또는 강도는 예를 들어 단면 형상에 의해, 뿐만 아니라 그에 발생하는 하나 이상의 반응을 향상시키거나 감소시키기 위해 다양한 전극 세트 또는 전극 구성에, 또는 다양한 전극 세트 또는 전극 구성 부근에, 다양한 전극 세트 또는 전극 구성에 인접하거나 병치하여 다양한 필드 집중기를 제공함으로써 향상될 수 있다. 따라서, 홈통 부재(30)의 단면 형상은 전극(들)과의 액체(3) 상호 작용 뿐만 아니라 액체(3)와의 조정 가능한 플라즈마(4) 상호 작용의 모두에 영향을 미칠 수 있다.
또한, 홈통 부재는 선형 또는 "I형"일 필요는 없고, 오히려 그 각각의 부분이 유사하거나 유사하지 않은 단면을 가질 수 있는 "Y" 또는 "ψ"형으로 성형될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. "Y" 또는 "ψ"형 홈통 부재(30)의 이유는 2개의 상이한 세트의 프로세싱 조건이 "Y"형 홈통 부재(30)의 2개의 상부 부분에 존재할 수 있기 때문이다. 또한, 제3 세트의 프로세싱 조건이 "Y"형 홈통 부재(30)의 저부 부분에 존재할 수 있다. 따라서, 상이한 조성물 및/또는 상이한 반응물의 2개의 상이한 유체(3)가 "Y"형 홈통 부재(30)의 저부 부분 내에 함께 모여져서 매우 다양한 최종 생성물을 형성하도록 함께 프로세싱될 수 있다.
도 11e는 홈통 부재(30)에 대한 대안적인 구성을 도시하고 있다. 구체적으로, 홈통 부재(30)는 사시도로 도시되어 있고, "Y형"이다. 구체적으로, 홈통 부재(30)는 상부 부분(30a, 30b) 및 저부 부분(30o)을 포함한다. 마찬가지로, 입구(31a, 31b)가 출구(32)와 함께 제공된다. 부분(30d)은 부분(30a, 30b)이 부분(30o)과 만나는 지점에 대응한다.
도 11f는 도 11e의 부분(30d)이 이제 혼합 섹션(30d')으로서 도시되어 있는 점을 제외하고는 도 11e에 도시되어 있는 동일한 "Y형" 홈통 부재를 도시하고 있다. 이와 관련하여, 예를 들어 부분(30a, 30b 및/또는 30c) 중 하나 또는 모두 내의 액체(3) 내에서 제조되거나 생성된 특정 성분은 지점(30d)(또는 30d')에서 함께 혼합되는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 혼합은 도 11e에 도시되어 있는 교점(30d)에서 자연적으로 발생할 수 있고[즉, 어떠한 특정 또는 특이 섹션(30d')이 필요하지 않을 수 있음], 또는 부분(30d')에서 더 특히 제어될 수 있다. 부분(30d')은 정사각형, 원형, 직사각형 등과 같은 임의의 유효 형상으로 성형될 수 있고, 홈통 부재(30)의 다른 부분에 대해 동일하거나 상이한 깊이를 가질 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 이와 관련하여, 영역(30d)은 혼합 구역 또는 후속의 반응 구역일 수 있다.
도 11a 및 도 11h는 "ψ형" 홈통 부재(30)를 도시하고 있다. 구체적으로, 새로운 부분(30c)이 추가되어 있다. 도 11g 및 도 11h의 다른 특징은 도 11e 및 도 11f에 도시되어 있는 이들 특징과 유사하다.
다양한 상이한 형상이 홈통 부재(30)에 존재할 수 있고, 이들 형상 중 임의의 하나는 바람직한 결과를 생성할 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
재차 도 7a와 관련하여, 액체(3)의 유동 방향은 지면으로부터 독자를 향하고 액체(3)는 전극(들)(1, 5)의 각각을 지나 순차적으로 유동하고, 이 전극들은 본 실시예에서 홈통 부재(30) 내의 액체(3)의 종방향 유동 방향("F")에 대해 서로 실질적으로 직렬로 배치되어 있다[예를 들어, 이들의 배열은 홈통 부재(30)의 종방향 치수 및 서로에 대해 평행함]. 이는 액체(3)가 액체(3)와의 조정 가능한 플라즈마(4) 상호 작용(예를 들어, 조절 반응)을 먼저 경험하게 하고, 이어서 조절된 액체(3)가 전극(5)과 그 후에 상호 작용할 수 있다. 본 명세서에서 전술된 바와 같이, 다양한 성분이 조정 가능한 플라즈마(4) 내에 존재하는 것으로 예측될 수 있고, 이러한 성분 또는 구성물(예를 들어, 물리적 및/또는 유체 성분)의 적어도 일부는 액체(3)의 적어도 일부와 상호 작용하여 액체(3)를 변화시킬 수 있다. 따라서, 이러한 구성물 또는 성분 또는 대안적인 액체 구조(들)가 액체(3) 내에 존재하게 된 후에 후속의 반응(예를 들어, 전기 화학적)이 전극(들)(5)에서 발생할 수 있다. 따라서, 본 명세서의 다양한 실시예의 개시 내용으로부터, 조정 가능한 플라즈마(4) 내의 성분 또는 구성물의 유형, 양 및 활동도는 본 발명의 바람직한 실시예를 실시하는 것과 관련된 다양한 조건의 함수라는 것이 명백할 것이다. 이러한 성분(일시적이거나 반영구적이건간에)은 일단 존재하고 그리고/또는 적어도 부분적으로 액체(3)를 개질하면, 액체(3)가 그를 통해 방향("F")으로 유동함에 따라 홈통 부재(30)의 종방향을 따라 후속의 반응에 적절하게 영향을 미칠 수 있다. 반응의 유형(예를 들어, 전극 조립체 및 그와 관련된 반응)을 조정하고 순차적으로 추가의 유사하거나 상이한 전극 세트 또는 조립체(도 3a 내지 도 3d에 도시되어 있는 것과 같은)를 제공함으로써, 다양한 화합물, 나노입자 및 나노입자/용액(들)이 성취될 수 있다. 예를 들어, 나노입자는 액체(3) 내의 성분이 홈통 부재(30)의 종방향 길이를 따라 다양한 전극 세트(예를 들어, 5, 5)를 지나 이 전극 세트와 상호 작용함에 따라 액체(3) 내에서 성장(예를 들어, 겉보기 또는 실제)이 경험될 수 있다(예 섹션에서 더 상세히 설명됨). 예를 들어 전극 세트(5, 5)에서 관찰되는 이러한 성장은 액체(3)가 전극 세트(1, 5 및/또는 1, 1 및/또는 5, 1)와 미리 접촉될 때 상당히 가속되는 것으로 보인다. 본 발명에 따라 생성된 액체(3)의 특정의 최종 사용에 따라, 액체(3) 내의 특정 나노입자, 몇몇 성분 등은 매우 바람직한 것으로 고려되는 반면, 다른 성분은 바람직하지 않은 것으로 고려될 수도 있다. 그러나, 전극 디자인, 전극 세트의 수, 전극 세트 구성, 유체 조성, 각각의 전극 조립체 또는 세트 내의 각각의 전극에서의 프로세싱 조건, 홈통 부재(30)의 종방향을 따른 상이한 전극 조립체 또는 세트의 순서, 홈통 부재(30)의 형상, 홈통 부재(30)의 단면 크기 및 형상의 융통성에 기인하여, 모든 이러한 조건은 액체(3) 내에 존재하는 다소의 바람직한 또는 바람직하지 않은 성분 또는 구성물(일시적인 또는 반영구적인) 및/또는 본 명세서에 개시된 프로세스의 적어도 일부 중에 액체 자체의 상이한 구조에 기여할 수 있다.
도 7b는 도 2a(뿐만 아니라, 도 3a)에 도시되어 있는 전극 구성의 단면 사시도를 도시하고 있지만, 이들 전극(1, 5)은 도 2a 및 도 3a에 도시되어 있는 전극(1, 5)에 대해 90도로 지면 상에서 회전되어 있다. 본 발명의 이 실시예에서, 액체(3)는 전극(1)과 액체(3)의 표면(2) 사이에 생성된 조정 가능한 플라즈마(4)와, 홈통 부재(30)의 종방향 유동 방향("F")(즉, 지면으로부터)을 따라 실질적으로 동일한 지점에서 전극(5)에 접촉한다. 액체(3) 유동 방향은 도 7a에서와 같이 홈통 부재(30)를 따라 종방향이며 지면으로부터 독자를 향한다. 따라서, 본 명세서에서 바로 전술된 바와 같이, 도 7b에 도시되어 있는 전극 조립체는 본 명세서에서 전술된 뿐만 아니라 본 명세서에서 이하에 설명되는 전극 조립체 또는 세트의 하나 이상과 함께 이용될 수 있다는 것이 명백해진다. 예를 들어, 도 7b에 도시되어 있는 조립체의 일 용도는 조정 가능한 플라즈마(4) 내에 생성된 성분[또는 액체(3) 내의 최종 생성물]이 액체(3)의 표면(2)과의 접촉점으로부터 하류측으로 유동할 때, 다양한 후속의 프로세싱 단계가 발생할 수 있다는 것이다. 예를 들어, 전극(1)과 전극(5) 사이의 거리("y")(예를 들어, 도 7b에 도시되어 있는 바와 같이)는 특정 최소 거리 뿐만 아니라 특정 최대 거리로 제한된다. 최소 거리("y")는 거리가 전극(1, 5) 사이의 가장 가까운 지점 사이에 제공된 분위기의 전기 파괴("Ec")를 약간 초과하는 거리이다. 반면에, 최대 거리("y")는 유체의 적어도 일부의 전도도가 전원(10)으로부터 전극(들)(1, 5)의 각각 내로 전극들을 통해서 뿐만 아니라 액체(3)를 통해 전기 접속부가 되는 것을 허용하는 최대점에서의 거리에 대응한다. 최대 거리("y")는 예를 들어 액체(3)의 성분[예를 들어, 액체(3)의 전도도]의 함수로서 다양할 수 있다. 따라서, 조정 가능한 플라즈마(4)를 포함하는 이들 고도로 여기된 성분의 일부는 매우 반응성일 수 있고 액체(3) 내에 화합물(반응성 등)을 생성할 수 있고, 후속의 프로세싱 단계는 이러한 성분 또는 이러한 매우 반응성 성분의 존재에 의해 향상될 수 있고 또는 성분은 예를 들어 시간의 함수로서 덜 반응성이 될 수 있다. 더욱이, 특정의 바람직하거나 바람직하지 않은 반응은 예를 들어 도 7b에 도시되어 있는 전극 세트로부터 하류측에 있는 추가의 전극 세트와 관련된 위치 및/또는 프로세싱 조건에 의해 최소화되거나 최대화될 수 있다.
도 8a는 도 7a에 도시되어 있는 동일한 실시예의 단면 사시도를 도시하고 있다. 이 실시예에서, 도 7a에 도시되어 있는 실시예에서와 같이, 유체(3)는 먼저 액체(3)의 표면(2)과 전극(1) 사이에 생성된 조정 가능한 플라즈마(4)와 상호 작용한다. 그 후에, 조정 가능한 플라즈마(4)에 의해 변경되어 있는(예를 들어, 조절되거나 개질되거나 준비되어 있는) 플라즈마 영향을 받거나 조절된 유체(3)는 이어서 전극(5)과 통신하여 따라서 다양한 전기 화학적 반응이 발생될 수 있게 하는데, 이러한 반응은 상태[예를 들어, 유체(3)(및 유체(3) 내의 성분 또는 구성물)의 화학적 조성, 물리적 또는 결정 구조, 여기된 상태(들) 등]에 의해 영향을 받는다. 대안적인 실시예가 도 8b에 도시되어 있다. 이 실시예는 본질적으로 일반적으로는 도 3b 및 도 4b에 도시되어 있는 이들 실시예에 대응한다. 이 실시예에서, 유체(3)는 전극(5)과 먼저 통신하고, 그 후에 유체(3)는 전극(1)과 액체(3)의 표면(2) 사이에 생성된 조정 가능한 플라즈마(4)와 통신한다.
도 8c는 2개의 전극(5a, 5b)(도 3c 및 도 4c에 도시되어 있는 실시예에 대응함)의 단면 사시도를 도시하고 있고, 여기서 유체(3)의 종방향 유동 방향("F")은 제1 전극(5a)과 접촉하고 그 후에 유체 유동의 방향("F")에서 제2 전극(5b)과 접촉한다.
마찬가지로, 도 8d는 단면 사시도이고, 도 3d 및 도 4d에 도시되어 있는 실시예에 대응한다. 이 실시예에서, 유체(3)는 제1 전극(1a)에 의해 생성된 제1 조정 가능한 플라즈마(4a)와 통신하고, 그 후에 유체(3)의 표면(2)과 제2 전극(1b) 사이에 생성된 제2 조정 가능한 플라즈마(4b)와 통신한다.
따라서, 개시된 실시예로부터, 도 8a 내지 도 8d에 도시되어 있는 다양한 전극 구성이 단독으로 사용될 수 있거나 다양한 상이한 구성에서 서로 조합하여 사용될 수 있다는 것이 명백하다. 다수의 팩터는 전극 구성이 다양한 바람직한 결과를 성취하는데 가장 양호하게 사용되는 선택을 지시한다. 마찬가지로, 이러한 전극 구성의 수 및 서로에 대한 이러한 전극 구성의 위치는 모두 액체(3) 내의 최종 성분, 그로부터 발생하는 나노입자 및/또는 나노입자/액체 용액에 영향을 미친다. 전극 구성 의존성의 몇몇 특정예가 본 명세서의 "예" 섹션에 포함되어 있다. 그러나, 다양한 상이한 생성물 및 바람직한 셋업이 본 명세서에 제시된 교시(표현적으로 및 고유적으로)에 따라 가능하고, 이 상이한 셋업은 매우 상이한 생성물을 생성할 수 있다는 것이 명백할 것이다(본 명세서의 "예" 섹션에서 더 설명됨).
도 9a는 단면 사시도를 도시하고 있고 도 7b에 도시되어 있는 전극 구성(일반적으로 도 3a 및 도 4a에 도시되어 있지만 그에 대해 90도 회전된 전극 구성)에 대응한다. 도 9a 내지 도 9d에 도시되어 있는 모든 전극 구성은 도 7b에서와 같이 도시되어 있는 전극 쌍이 홈통 부재(30)를 따라 실질적으로 동일한 종방향 지점에 위치되도록 위치된다.
마찬가지로, 도 9b는 도 3b 및 도 4b에 도시되어 있는 전극 구성에 일반적으로 대응하고, 도 8b에 도시되어 있는 구성에 대해 90도 회전되어 있다.
도 9c는 도 3c 및 도 4c에 일반적으로 대응하는 전극 구성을 도시하고 있고, 도 8c에 도시되어 있는 전극 구성에 대해 90도 회전되어 있다.
도 9d는 도 3d 및 도 4d에 일반적으로 대응하는 전극 구성을 도시하고 있고, 도 8d에 도시되어 있는 전극 구성에 대해 90도 회전되어 있다.
본 명세서에 설명되어 있는 바와 같이, 도 7, 도 8 및 도 9에 일반적으로 도시되어 있는 전극 구성 또는 세트는 모두 유체 유동 방향("F")에 대해 그리고 홈통 부재(30) 내의 이들의 위치 설정에 대해, 그리고 서로에 대해 이들의 배향 및 위치의 함수로서 상이한 결과(예를 들어, 상이한 크기, 형상, 양, 화합물, 성분, 액체 내에 존재하는 나노입자의 기능, 상이한 액체 구조, 상이한 pH 등)를 생성할 수 있다. 또한, 전극 수, 조성, 크기, 특정 형상, 인가된 전압, 인가된 전류량, 생성된 필드, 각각의 전극 세트 내의 전극들 사이의 거리, 전극 세트 사이의 거리 등은 모두 액체가 이들 전극을 지나 유동할 때 액체(3)의 특성에, 따라서 그로부터 생성된 재료[예를 들어, 유체(3) 내의 성분, 나노입자 및/또는 나노입자/용액]의 최종 특성에 영향을 미칠 수 있다. 추가적으로, 액체 함유 홈통 부재(30)는 몇몇 바람직한 실시예에서, 도 7, 도 8 및 도 9에 도시되어 있는 복수의 전극 조합을 포함한다. 이들 전극 조립체는 모두 동일할 수 있고 또는 다양한 상이한 전극 구성의 조합일 수도 있다. 더욱이, 전극 구성은 이후에 유체("F")와 통신할 수 있고 또는 유체("F")와 동시에 또는 병렬 통신할 수도 있다. 상이한 예시적인 전극 구성이 본 명세서에서 이하의 추가의 도면에 도시되어 있고 액체(3) 내에 생성된 상이한 성분, 그로부터 생성된 나노입자 및/또는 상이한 나노입자/용액과 함께 본 명세서에서(예를 들어, "예" 섹션에서) 이하에 더 상세히 설명된다.
도 10a는 도 7, 도 8 및 도 9에 도시되어 있는 액체 함유 홈통 부재(30)의 단면도를 도시하고 있다. 이 홈통 부재(30)는 직사각형 또는 정사각형에 대응하는 단면을 갖고, 전극(도 10a에는 도시되어 있지 않음)은 적합하게 그 내부에 위치될 수 있다.
마찬가지로, 액체 함유 홈통 부재(30)에 대한 다수의 추가의 대안적인 단면 실시예가 도 10b, 도 10c, 도 10d 및 도 10e에 도시되어 있다. 도 10a 내지 도 10e의 각각에 도시되어 있는 바람직한 실시예에서 거리("S", "S'")는 예를 들어, 약 1" 내지 약 3"(약 2.5 cm 내지 7.6 cm)로 측정된다. 거리("M")는 약 2" 내지 약 4"(약 5 cm 내지 10 cm)의 범위이다. 거리("R")는 약 1/16" 내지 1/2" 내지 약 3"(약 1.6 mm 내지 13 mm 내지 약 76 mm)의 범위이다. 이들 실시예(뿐만 아니라 대표적인 대안적인 실시예가 본 발명의 개시 내용의 범위 및 경계 내에 있는 추가의 구성)의 모두는 본 발명의 다른 발명적인 양태와 조합하여 이용될 수 있다. 액체 함유 홈통 부재(30)의 각각 내에 포함된 액체(3)의 양은 깊이("d") 뿐만 아니라 실제 단면의 함수라는 것을 주목해야 한다. 간략하게, 전극(들)(1, 5) 내에 및 둘레에 존재하는 액체(3)의 양 또는 체적은 액체(3)에 대한 조정 가능한 플라즈마(4)의 하나 이상의 효과(들)(예를 들어, 필드 농도 효과를 포함하는 유체 또는 농도 효과) 뿐만 아니라 액체(3)와 전극(5)의 하나 이상의 화학적 또는 전기 화학적 상호 작용(들)에 영향을 미칠 수 있다. 이들 효과는 액체(3)에 대한 조정 가능한 플라즈마(4) 조절 효과[예를 들어, 플라즈마 전기장 및 자기장의 상호 작용, 플라즈마의 전자기 방사선의 상호 작용, 액체 내의 다양한 화학종(예를 들어, 루이스 산, 브뢴스테드-로우리 산 등)의 생성, pH 변화 등], 뿐만 아니라 액체(3)와 조정 가능한 플라즈마(4)의 상호 작용 또는 농도 액체(3)와 전극(5)의 전기 화학적 상호 작용을 포함한다. 상이한 효과가 예를 들어 각각의 전극 조립체(1 및/또는 5)의 종방향 부분을 따라 존재하는 액체의 실제 체적에 기인하여 가능하다. 달리 말하면, 홈통 부재(30)의 종방향을 따른 소정의 길이에서, 상이한 양 또는 체적의 액체(3)가 단면 형상의 함수로서 존재할 수 있다. 특정예로서, 도 10a 및 도 10c를 참조한다. 도 10a의 경우에, 도 10a에 도시되어 있는 직사각형 형상은 도 10c에 도시되어 있는 상부 부분과 동일한 거리 이격된 상부 부분을 갖는다. 그러나, 동일한 주어진 종방향 양(즉, 지면 내로)을 따르는 유체의 양은 도 10a 및 도 10c의 각각에서 약간 상이할 것이다.
유사하게, 액체(3)에 대한 전극(5)의 다수의 양태의 영향(예를 들어, 전기 화학적 상호 작용)은 또한 본 명세서에서 바로 전술된 바와 같이 적어도 부분적으로는 전극(들)(5)에 병치된 유체의 양의 함수이다.
또한, 전기장 및 자기장 농도가 또한 액체(3)와 플라즈마(4)의 상호 작용에 상당히 영향을 미칠 뿐만 아니라, 액체(3)와 전극(들)(5)의 상호 작용에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 임의의 특정 이론 또는 설명에 구속받기를 바라지 않고, 액체(3)가 물을 포함할 때, 다양한 전기장, 자기장 및/또는 전자기장 영향이 발생할 수 있다. 구체적으로, 물은 전기장에 의해 적어도 부분적으로 정렬될 수 있는 공지된 쌍극 분자이다. 전기장과 물 분자의 부분적인 정렬을 갖는 것은 예를 들어 미리 존재하는 수소 결합 및 결합각이 전기장 노출에 앞선 것과는 상이한 각도로 배향될 수 있게 하고 상이한 진동 활동도를 유발할 수 있고, 또는 이러한 결합은 실제로 파괴될 수도 있다. 이러한 물 구조의 변화는 상이한(예를 들어, 더 높은) 반응도를 갖는 물을 생성할 수 있다. 또한, 전기장 및 자기장의 존재는 물 및/또는 물 내에 존재하는 나노입자의 질서 및 구조에 상반하는 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어 매우 구조화된 물에 대해 비교적 적은 수소 결합을 갖는 구조화되지 않거나 조금 구조화된 물은 더 반응성(예를 들어, 화학적으로 더 반응성인) 환경을 초래할 수 있는 것이 가능하다. 이는 예를 들어 증가된 점성, 감소된 확산성 및 더 작은 물 분자의 활동도에 기인하여 반응이 느릴 수 있는 개방 또는 더 높은 수소-결합된 네트워크에 대조적이다. 따라서, 수소 결합 및 수소 결합 강도(예를 들어, 전기장)를 명백하게 감소시키고 그리고/또는 진동 활동도를 증가시키는 팩터는 다양한 반응의 반응도 및 동역학을 촉진할 수 있다.
또한, 전자기 방사선은 또한 물에 대해 직접적인 및 간접적인 효과를 가질 수 있고, 개별 전기장 또는 자기장 단독보다는 전자기 방사선 자체[예를 들어, 플라즈마(4)로부터 방출된 방사선]는 본 명세서에 참조로서 포함되어 있는 발명의 명칭이 재료 및 시스템 내의 결정 성장, 결정화, 구조 및 상태의 제어 방법인 전술된 공개된 특허 출원에 개시되어 있는 바와 같은 이러한 효과를 가질 수 있는 것이 가능하다. 상이한 플라즈마(4)와 관련된 상이한 스펙트럼이 본 명세서의 "예" 섹션에서 설명되어 있다.
또한, 본 명세서에 개시된 전극(들)(1 및/또는 5)을 통해 전류를 통과시킴으로써, 예를 들어 전극(들)(5) 상에 존재하는 전압은 물 분자에 대한 배향 효과(즉, 일시적인, 반영구적 또는 더 긴)를 가질 수 있다. 물 내의 다른 성분(즉, 하전된 종)의 존재는 이러한 배향 효과를 향상시킬 수 있다. 이러한 배향 효과는 예를 들어 수소 결합 파괴 및 국부화된 밀도 변화(즉, 감소)를 유발할 수 있다. 또한, 전기장은 또한 수소 결합 네트워크의 변화(예를 들어, 환원)에 기인하여 물의 유전 상수를 저하시키는 것으로 알려져 있다. 이러한 네트워크의 변화는 물의 용해성 특성을 변화시킬 것이고 홈통 부재(30) 내의 액체(3)(예를 들어, 물) 내의 다양한 가스 및/또는 성분 또는 반응종의 집중 또는 용해를 보조할 수 있다. 또한, 전자기 방사선(및/또는 전기장 및 자기장)의 인가로부터의 수소 결합의 변화 또는 파괴는 가스/액체 계면을 혼란시키고 더 반응성 종을 생성할 수 있는 것이 가능하다. 또한, 수소 결합의 변화는 무엇보다도 pH 변화를 초래하는 이산화탄소 수화에 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 국부화된 pH 변화가 예를 들어 전극(들)(5)[또는 전극(들)(1)] 중 적어도 하나 이상 둘레에 발생할 때, 다수의 가능한 반응물(본 명세서의 다른 부분에서 설명됨)은 자신들 및/또는 분위기 및/또는 조정 가능한 플라즈마(들)(4) 뿐만 아니라 전극(들)(1 및/또는 5) 자체와는 상이하게 반응할 것이다. 루이스 산 및/또는 브뢴스테드-로우리 산의 존재는 또한 반응에 상당히 영향을 미칠 수 있다.
또한, 홈통 부재(30)는 그 전체 종방향 길이를 따라 하나 초과의 단면 형상을 포함할 수 있다. 홈통 부재(30)의 종방향 길이를 따른 다수의 단면 형상의 통합은 예를 들어 본 명세서에 개시된 본 발명의 실시예에 의해 생성되는 가변 필드 또는 농도 또는 반응 효과를 초래할 수 있다. 추가적으로, 다양한 수정이 본 명세서에서 전술된 다양한 필드 효과를 향상시키고 그리고/또는 감소시킬 수 있는 홈통 부재(30)의 종방향 길이를 따라 지점에 추가될 수 있다. 이와 관련하여, 홈통 부재 내부 및/또는 둘레의 재료의 조성물[예를 들어, 홈통 부재(30)의 적어도 일부의 외부 또는 내부에 위치된 금속]은 전극(들)(1 및/또는 5) 내부 및 둘레에 존재하는 다양한 필드의 집중기 또는 향상기로서 작용할 수 있다. 추가적으로, 외부 인가된 필드(예를 들어, 전기, 자기, 전자기 등)의 인가 및/또는 홈통 부재(30) 내의 특정 반응 재료의 배치[예를 들어, 이에 의해 유동하는 액체(3)의 부분에 적어도 부분적으로 접촉하는]는 또한 (1) 바람직하지 않은 종의 채집, 수집 또는 필터링, 또는 (2) 예를 들어 그로부터 상류측에 미리 형성된 나노입자의 외부면의 적어도 일부 상의 바람직한 종의 배치를 초래할 수 있다. 또한, 홈통 부재(30)는 선형 또는 "I형"이 아닐 수 있고, 오히려 "Y형" 또는 "ψ형"일 수도 있고, "Y" 또는 "ψ"의 각각의 부분은 상이한(또는 유사한) 단면을 갖는다는 것이 이해되어야 한다. "Y" 또는 "ψ형" 홈통 부재(30)의 이유는 2개(또는 그 이상)의 상이한 세트의 프로세싱 조건이 "Y형" 또는 "ψ형" 홈통 부재(30)의 2개(또는 그 이상)의 상부 부분에 존재할 수 있기 때문이다. 또한, 다른 추가의 세트의 프로세싱 조건이 "Y형" 홈통 부재(30)의 저부 부분에 존재할 수 있다. 따라서, 상이한 조성 및/또는 상이한 반응의 상이한 유체(3)가 "Y형" 홈통 부재(30)의 저부 부분 내에 함께 모여져서 매우 다양한 최종 생성물을 함께 형성하도록 프로세싱될 수 있다.
도 11a는 입구부 또는 입구 단부(31) 및 출구부 또는 출구 단부(32)를 포함하는 도 10b에 도시되어 있는 실질적으로 모든 홈통 부재(30)의 일 실시예의 사시도를 도시하고 있다. 본 명세서의 다른 도면에 설명된 유동 방향("F")은 단부(31)에서 또는 단부(31) 부근에서 진입하여[예를 들어, 입구부(31)에서 또는 입구부(31) 부근에서 홈통 부재(30) 내로 유체를 전달하기 위한 적절한 수단을 이용하여] 출구 단부(32)를 통해 홈통 부재(30)를 나오는 액체에 대응한다. 추가적으로, 단일 입구 단부(31)가 도 11a에 도시되어 있지만, 다수의 입구(들)(31)가 도 11a에 도시된 것 부근에 존재할 수 있고, 또는 홈통 부재(30)의 종방향 길이를 따라 다양한 위치[예를 들어, 홈통 부재(30)를 따라 위치된 전극 세트 중 하나 이상으로부터 바로 상류측]에 위치될 수 있다. 따라서, 복수의 입구(들)(31)가 그 제1 종방향 단부(31)에서 하나 초과의 액체(3)의 도입, 또는 종방향 단부(31)에서 다수의 액체(3)의 도입, 및/또는 홈통 부재(30)의 종방향 길이를 따른 상이한 위치에서 상이한 액체(3)의 도입을 허용할 수 있다.
도 11b는 홈통 부재(30)의 상부 부분에 제거 가능하게 부착된 3개의 제어 디바이스(20)를 포함하는 도 11a의 홈통 부재(30)를 도시하고 있다. 전극(1 및/또는 5)을 포함하는 제어 디바이스(20)의 상호 작용 및 작동이 본 명세서에서 이하에 더 상세히 설명된다.
도 11c는 분위기 제어 디바이스 커버(35')를 포함하는 홈통 부재(30)의 사시도를 도시하고 있다. 분위기 제어 디바이스 또는 커버(35')는 전극(들)(1 및/또는 5)을 포함하는 복수의 제어 디바이스(20)[도 11c에서 3개의 제어 디바이스(20a, 20b, 20c)가 도시되어 있음]가 그에 부착되어 있다. 커버(35')는 홈통 부재(30)의 종방향의 상당한 부분(예를 들어, 50% 초과) 내에 및/또는 이 상당한 부분을 따라 분위기를 제어하는 능력을 제공하여 임의의 전극(들)(1)에서 생성된 임의의 조정 가능한 플라즈마(들)(4)가 전압, 전류, 전류 밀도 등, 뿐만 아니라 제공된 임의의 제어된 분위기의 함수일 수 있도록 의도된다. 분위기 제어 디바이스(35')는 하나 이상의 전극 세트가 그 내부에 포함될 수 있도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 국부화된 분위기는 홈통 부재(30)의 종방향 길이의 실질적으로 모두 또는 일부를 따른 단부(39a, 39b)와 분위기 제어 디바이스(35')의 상부 부분 사이에 생성될 수 있다. 분위기는 분위기 제어 디바이스(35') 내로 합체된 적어도 하나의 입구 포트(도시되어 있지 않음) 내로 유동할 수 있고, 적어도 하나의 출구 포트(도시되어 있지 않음)를 통해 나올 수 있거나 예를 들어 부분(39a, 39b)을 따라 또는 부분(39a, 39b) 부근에서 진입/진출하도록 허용될 수 있다. 이와 관련하여, 포지티브 압력이 분위기 제어 디바이스(35')의 내부 부분에 제공되는 한(즉, 외부 분위기에 대해 포지티브), 임의의 이러한 가스는 부분(39a 및/또는 39b) 둘레에서 기포 형성될 수 있다. 또한, 예를 들어 부분(39a 또는 39b) 중 하나가 다른 부분에 대해 높은지 여부에 따라, 내부 분위기가 또한 적절하게 제어될 수 있다. 분위기 제어 디바이스(35') 내에 사용하기에 적합한 다양한 분위기는 희가스(예를 들어, 아르곤 또는 헬륨)와 같은 통상적으로 간주된 비반응성 분위기 또는 예를 들어 산소, 질소, 오존, 제어된 공기 등과 같은 통상적으로 간주된 반응성 분위기를 포함한다. 분위기 제어 디바이스(35') 내의 분위기의 정확한 조성은 원하는 프로세싱 기술 및/또는 플라즈마(4) 및/또는 액체(3) 내에 존재하게 되는 원하는 성분, 원하는 나노입자/복합 나노입자 및/또는 원하는 나노입자/용액의 함수이다.
도 11d는 홈통 부재(30)를 지지할 뿐만 아니라 제어 디바이스(20)(도 11에는 도시되어 있지 않음)를 지지하기 위한(적어도 부분적으로) 추가의 지지 수단(34)(예를 들어, 그 외부 부분에)을 포함하는 도 11의 장치를 도시하고 있다. 다양한 상세가 예를 들어 홈통 부재(30), 분위기 제어부(들)[예를 들어, 분위기 제어 디바이스(35')] 및 외부 지지 수단[예를 들어, 지지 수단(34)]과 관련하여 변경될 수 있고, 이들 모두는 본 발명의 개시 내용의 경계 및 범위 내에 있는 것으로 고려되어야 한다는 것이 이해되어야 한다. 홈통 부재(30)를 지지하기 위한 추가의 지지 수단(34)을 포함하는 재료(들)는 본 발명의 개시 내용을 실시하기 위한 프로세스 조건 하에서 편리하고, 구조적으로 건전하고 비반응성인 임의의 재료일 수 있다. 허용 가능한 재료는 본 명세서의 다른 부분에서 설명된 바와 같이 폴리비닐, 아크릴, 플렉시글래스, 구조 플라스틱, 나일론, 테플론 등을 포함한다.
도 11e는 홈통 부재(30)를 위한 대안적인 구성을 도시하고 있다. 구체적으로, 홈통 부재(30)는 사시도로 도시되어 있고, "Y형"이다. 구체적으로, 홈통 부재(30)는 상부 부분(30a, 30b) 및 하부 부분(30o)을 포함한다. 마찬가지로, 입구(31a, 31b)가 출구(32)와 함께 제공된다. 부분(30d)은 부분(30a, 30b)이 부분(30o)과 만나는 지점에 대응한다.
도 11f는 도 11e의 부분(30d)이 이제 혼합 섹션(30d')으로서 도시되어 있는 것을 제외하고는 도 11e에 도시되어 있는 동일한 "Y형" 홈통 부재를 도시하고 있다. 이와 관련하여, 예를 들어 부분(30a, 30b 및/또는 30c) 중 하나 또는 모두 내의 액체(3) 내에서 제조되거나 생성된 특정 성분은 지점(30d)(또는 30d')에서 함께 혼합되는 것이 바람직하다. 이러한 혼합은 도 11e에 도시되어 있는 교점(30d)에서 자연적으로 발생할 수 있고[즉, 특정 또는 특이 섹션(30d')이 필요하지 않을 수 있음], 또는 부분(30d')에서 더 특정하게 제어될 수 있다. 부분(30d')은 정사각형, 원형, 직사각형 등과 같은 임의의 유효 형상으로 성형될 수 있고, 홈통 부재(30)의 다른 부분에 대해 동일하거나 상이한 깊이를 갖는다는 것이 이해되어야 한다. 이와 관련하여, 영역(30d)은 혼합 구역 또는 후속의 반응 구역일 수 있다.
도 11g 및 도 11h는 "ψ형" 홈통 부재(30)를 도시하고 있다. 구체적으로, 새로운 부분(30c)이 추가되어 있다. 도 11g 및 도 11h의 다른 특징은 도 11e 및 도 11f에 도시되어 있는 이들 특징과 유사하다.
다양한 상이한 형상이 홈통 부재(30)에 존재할 수 있고, 이들 중 임의의 하나가 바람직한 결과를 생성할 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
도 12a는 적어도 하나의 전극 세트(1 및/또는 5) 둘레의 국부적인 분위기를 제어하기 위한 수단으로서 기능하여 다양한 국부적인 가스가 전극(1)과 액체(3)의 표면(2) 사이에서 조정 가능한 플라즈마(4)의 특정 파라미터를 제어하고 그리고/또는 영향을 미칠 뿐만 아니라 전극(들)(5)에서 및/또는 전극(들)(5)의 둘레에서의 액체(3) 및/또는 조정 가능한 전기 화학적 반응물 내의 특정 성분에 영향을 미치는데 이용될 수 있도록 하는 국부 분위기 제어 장치(35)의 사시도를 도시하고 있다. 분위기 제어 장치(35) 내에 도시되어 있는 관통 구멍(36, 37)은 장치(35)의 부분 내에 및 이 부분을 통해 외부 연통이 허용되도록 제공된다. 특히, 구멍 또는 입구(37)는 장치(35)의 내부로 도입될 임의의 가스 종을 위한 입구 접속부로서 제공된다. 구멍(36)은 예를 들어 장치(35)의 상부의 제어 디바이스(20)에 전극이 그를 통해 접속되도록 연장하는 전극(1 및/또는 5)을 위한 연통 포트로서 제공된다. 입구(37)를 통해 도입된 가스는 국부적인 외부 분위기에 대해 포지티브 압력에서 간단하게 제공될 수 있고, 이들에 한정되는 것은 아니지만 이러한 부분이 예를 들어 액체(3)의 표면(2) 아래에 적어도 부분적으로 침지될 때 장치(35)의 부분(39a 및/또는 39b) 둘레에서의 기포 형성을 포함하는 임의의 적합한 수단 또는 경로에 의해 탈출될 수 있다. 일반적으로, 부분(39a, 39b)은 액체(3)의 표면(2)을 파괴시켜 표면(2)이 효과적으로 밀봉부의 부분으로서 작용하게 하여 전극 세트(1 및/또는 5) 둘레에 국부적인 분위기를 형성한다. 포지티브 압력의 원하는 가스가 입구 포트(37)를 통해 진입할 때, 작은 기포가 예를 들어 부분(39a 및/또는 39b)을 지나 기포 형성될 수 있게 한다. 추가적으로, 입구(37)의 정확한 위치는 또한 그를 통해 유동하는 가스의 함수일 수 있다. 구체적으로, 국부화된 분위기의 적어도 일부를 제공하는 가스가 공기보다 무거우면, 액체(3)의 표면 상부의 입구부는 적당해야 한다. 그러나, 입구(37)는 또한 예를 들어 부분(39a 또는 39b) 내에 위치될 수 있고 액체(3)를 통해 기포화되어 국부화된 분위기 제어 장치(35)의 내부 부분 내에 포획될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 분위기 제어 디바이스(35) 내의 입구 및/또는 출구의 정확한 위치는 다수의 팩터의 함수이다.
도 12b는 지지 하우징(34) 내에 포함된 홈통 부재(30)의 전방에서의 제1 분위기 제어 장치(35a)의 사시도를 도시하고 있다. 제2 분위기 제어 장치(35b)가 포함되고 그 상부에 위치된 제어 디바이스(20)를 나타내고 있다. "F"는 홈통 부재(30)를 통한 유체(3)의 종방향 유동 방향을 나타낸다. 복수의 분위기 제어 장치(35a, 35b)(뿐만 아니라, 도면에는 도시되어 있지 않은 35c, 35d 등)가 도 11c에 도시되어 있는 것과 같은 단일의 분위기 제어 디바이스 대신에 이용될 수 있다. 복수의 국부화된 분위기 제어 디바이스(35a 내지 35x)의 이유는 원한다면 상이한 분위기가 각각의 전극 조립체 둘레에 제공될 수 있기 때문이다. 따라서, 조정 가능한 플라즈마(4) 뿐만 아니라 액체(3) 내에 존재하는 특정 성분의 특정 양태와, 예를 들어 전극(들)(5)에 발생하는 조정 가능한 전기 화학적 반응의 특정 양태는 무엇보다도 국부화된 분위기의 함수일 것이다. 따라서, 하나 이상의 국부화된 분위기 제어 디바이스(35a)의 사용은 원하는 성분, 나노입자 및 나노입자 용액 혼합물의 형성에 대단히 많은 융통성을 제공한다.
도 13은 전체 홈통 부재(30) 및 지지 수단(34)이 분위기 제어 장치(38) 내에 포함되어 있는 대안적인 분위기 제어 장치(38)의 사시도를 도시하고 있다. 이 경우, 예를 들어 하나 이상의 가스 입구(37, 37')가 하나 이상의 가스 출구(37a, 37a')와 함께 제공될 수 있다. 분위기 제어 장치(38) 상의 가스 입구(37, 37') 및 가스 출구(37a, 37a')의 정확한 위치 설정은 편의상의 문제일 뿐만 아니라 분위기의 조성의 문제이다. 이와 관련하여, 예를 들어 제공된 분위기가 공기보다 무겁거나 공기보다 가벼우면, 입구 및 출구 위치는 이에 따라 조정될 수 있다. 본 명세서의 다른 부분에서 설명된 바와 같이, 가스 입구 및 가스 출구부는 액체(3)의 표면 상부 또는 하부에 제공될 수 있다. 물론, 가스 입구부가 액체(3)의 표면(2) 아래에 제공될 때(이 도면에는 구체적으로 도시되어 있지는 않음), 가스 입구(37)를 통해 삽입된 가스의 기포(예를 들어, 나노기포 및/또는 미세기포)는 적어도 프로세싱 시간의 일부 동안 액체(3) 내에 혼입될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 이러한 기포는 액체(3)(및 액체와 반응하는) 및/또는 액체(3) 및/또는 전극(들)(5) 내의 성분과의 바람직한 반응 성분일 수 있다. 따라서, 액체(3)의 표면(2) 아래에 국부화된 분위기를 도입하는 융통성은 추가의 프로세싱 제어 및/또는 프로세싱 향상을 제공할 수 있다.
도 14는 본 발명의 몇몇 바람직한 실시예의 교시에 따라 이용된 일반적인 장치의 개략도를 도시하고 있다. 특히, 이 도 14는 그 내부에 액체(3)를 포함하는 홈통 부재(30)의 측면 개략도를 도시하고 있다. 홈통 부재(30)의 상부에는 본 실시예에서 그에 제거 가능하게 부착된 복수의 제어 디바이스(20a 내지 20d)(즉, 그 중 4개가 도시되어 있음)가 놓여 있다. 제어 디바이스(20)는 물론 본 발명의 다양한 실시예를 실시할 때 적소에 영구적으로 고정될 수 있다. 제어 디바이스(20)[및 대응 전극(들)(1 및/또는 5) 뿐만 아니라 이러한 전극의 구성(들)]의 정확한 수 및 제어 디바이스(20)[및 대응 전극(1 및/또는 5)]의 위치 또는 배치는 그 일부가 본 명세서의 "예" 섹션에서 더 상세히 설명되는 본 발명의 다양한 바람직한 실시예의 함수이다. 그러나, 일반적으로 입력 액체(3)(예를 들어, 물)는 그 제1 단부(31)에서 홈통 부재(30) 내로 액체 물(3)을 펌핑하기 위한 액체 운반 수단(40)[예를 들어, 액체 연동 펌프 또는 액체(3)를 펌핑하기 위한 액체 펌핑 수단]에 제공된다. 예를 들어, 입력 액체(3)(예를 들어, 물)는 잔잔하게 도입될 수 있거나 또는 교반 방식으로 도입될 수 있다. 교반은 통상적으로 바람직하거나 바람직하지 않을 수도 있는 나노기포 또는 미세기포의 도입을 포함한다. 잔잔한 도입이 요구되면, 이러한 입력 액체(3)(예를 들어, 물)는 잔잔하게 제공될 수 있다(예를 들어, 홈통의 저부 부분 내로 유동함). 대안적으로, 저장조(도시되어 있지 않음)가 홈통 부재(30)의 상부에 제공될 수 있고, 액체(3)는 이러한 저장조 내로 펌핑될 수 있다. 저장조는 이어서 그에 제공된 유체 레벨이 적절한 레벨에 도달할 때 그 하부 부분, 그 중간 부분 또는 그 상부 부분으로부터 배수될 수 있다. 그 제1 단부(31)에서 홈통 부재(30) 내로 입력 액체(3)를 전달하기 위한 정확한 수단은 다양한 디자인 선택의 함수이다. 또한, 본 명세서에서 전술된 바와 같이, 추가의 입력부(31)가 홈통 부재(30)의 상이한 부분을 따라 종방향으로 존재할 수 있다. 거리("c-c")는 또한 도 14에 도시되어 있다. 일반적으로, 거리("c-c")[각각의 제어 디바이스(20) 사이의 중심간 종방향 치수에 대응함]는 본 명세서에 개시된 실시예의 요구되는 기능을 허용하는 임의의 양 또는 거리일 수 있다. 거리("c-c")는 거리("y")(예를 들어, 1/4" 내지 2": 6 mm 내지 51 mm)보다 작아야 하고, 바람직한 실시예에서는 도 1 내지 4 및 도 7 내지 도 9에 도시되어 있는 바와 같이 약 1.5"(약 38 mm)여야 한다. 예는 다양한 거리("c-c")를 나타내고 있지만, 거리("c-c")의 일반적인 이해를 제공하기 위해, 대략적인 거리는 약 4" 내지 약 8(약 102 mm 내지 약 203 mm) 이격되어 다양할 수 있는데, 그러나 더 많거나 적은 분리가 본 명세서에 개시된 이전의 실시예의 모두의 용례의 함수로서 물론 가능하다(또는 요구된다). 본 명세서에서 이하에 개시된 예에서, 바람직한 거리("c-c")는 다수의 예에서 약 7" 내지 8"(약 177 내지 203 mm)이다.
일반적으로, 액체 운반 수단(40)은 이들에 한정되는 것은 아니지만, 중력 공급 또는 정수압 수단, 펌핑 수단, 연동 펌프 수단, 조절 또는 밸브 수단 등을 포함하는 임의의 액체(3) 이동 수단을 포함할 수 있다. 그러나, 액체 운반 수단(40)은 홈통 부재(30) 내로 공지된 양의 액체(3)를 신뢰적으로 및/또는 제어식으로 도입할 수 있어야 한다. 일단 액체(3)가 홈통 부재(30) 내로 제공되면, 홈통 부재(30) 내에서 액체(3)를 연속적으로 이동시키기 위한 수단이 요구되거나 요구되지 않을 수도 있다. 그러나, 간단한 수단이 홈통 부재(30)가 상부에 위치되어 있는 지지면에 대해 약간의 각도(θ)(예를 들어, 1도 미만 내지 수 도)로 위치되어 있는 홈통 부재(30)를 포함한다. 예를 들어, 액체(3)의 점도가 너무 높지 않는 한[예를 들어, 물의 점도 부근의 임의의 점도는 일단 이러한 유체가 홈통 부재(30) 내에 포함되거나 위치되면 중력 유동에 의해 제어될 수 있음], 지지면에 대한 입구부(31)와 출구부(32) 사이의 수직 높이의 차이만이 요구된다. 이와 관련하여, 도 15a는 각도(θ1)를 형성하는 홈통 부재(30)의 단면도를 도시하고 있고, 도 15b는 각도(θ2) 및 물과 같은 저점성 유체를 포함하는 다양한 점도를 취급하는 홈통 부재(30)를 위한 다양한 수용 가능한 각도를 형성하는 홈통 부재(30)의 단면도를 도시하고 있다. 홈통 부재(30)의 상이한 단면 및 저점도 유체에 바람직한 각도는 통상적으로 저점도 유체에 대해 최대 약 0.1 내지 5도이고 더 높은 점도의 유체에 대해 최대 약 5 내지 10도의 범위이다. 그러나, 이러한 각도는 미리 언급된 다양한 팩터 뿐만 아니라 예를 들어 특정 유체 방해 수단 또는 댐(80)이 액체(3)가 홈통 부재(30)에 접촉하는 저부 부분 또는 계면을 따라 포함되는지 여부의 함수이다. 이러한 유체 방해 수단은 예를 들어 홈통 부재(30)의 종방향 유동 방향을 따라 부분 기계적인 댐 또는 배리어를 포함할 수 있다. 이와 관련하여, θ1은 대략 5 내지 10°이고, θ2는 대략 0.1 내지 5°이다. 도 15a 및 도 15b는 홈통 부재(30)의 외부 부분(32) 부근의 댐(80)을 도시하고 있다. 다수의 댐(80) 디바이스가 홈통 부재(30)의 종방향 길이를 따라 다양한 부분에 위치될 수 있다. 치수("j")는 예를 들어 약 1/8" 내지 1/2"(약 3 내지 13 mm)이고, 치수("k")는 예를 들어 약 1/4" 내지 3/4"(약 6 내지 19 mm)일 수 있다. 댐(80)의 단면 형상(즉, "j-k" 형상)은 첨예한 코너, 라운딩된 코너, 삼각형 형상, 원통형 형상 등을 포함할 수 있고, 이들 모두는 홈통 부재(30)의 다양한 부분을 통해 유동하는 액체(3)에 영향을 미칠 수 있다.
또한, 액체(3)의 점도가 증가되어 중력 단독으로는 불충분할 때, 정수압 수두압 또는 정수압의 특정 사용과 같은 다른 현상이 또한 바람직한 유체 유동을 성취하는데 이용될 수 있다. 또한, 홈통 부재(30)를 따라 액체(3)를 이동시키기 위한 추가의 수단이 또한 홈통 부재(30) 내부에 제공될 수 있다. 이러한 액체(3)를 이동시키기 위한 수단은 패들, 팬, 프로펠러, 오거 등과 같은 기계적 수단, 트랜스듀서와 같은 음향 수단, 히터(추가의 프로세싱 이점을 가질 수 있음)와 같은 열적 수단 등을 포함한다. 액체(3)를 이동시키기 위한 추가의 수단은 액체(3)가 홈통 부재(30)의 종방향 길이를 따라 상이한 부분에서 상이한 양으로 유동할 수 있게 한다. 이와 관련하여, 예를 들어 액체(3)가 홈통 부재(30)의 제1 종방향 부분을 통해 초기에 느리게 유동하면, 액체(3)는 예를 들어 본 명세서에서 전술된 바와 같이 홈통 부재(30)의 단면 형상을 변경함으로써 그 더 하류측으로 더 신속하게 유동하게 될 수 있다. 추가적으로, 홈통 부재(30)의 단면 형상은 또한 액체(3)가 홈통 부재(30)를 통해 유동하는 속도를 증가시키거나 감소시킬 수 있는 추가의 유체 취급 수단을 내부에 포함할 수 있다. 따라서, 큰 융통성이 유체(3)를 이동시키기 위한 이러한 수단의 추가에 의해 성취될 수 있다.
도 14는 또한 홈통 부재(30)의 단부(32)에 저장 탱크 또는 저장 용기(41)를 도시하고 있다. 이러한 저장 용기(41)는 예를 들어 홈통 부재(30) 내로 도입된 액체(3) 및/또는 홈통 부재(30) 내에 생성된 생성물과 부정적으로 상호 작용하지 않는 하나 이상의 재료로 제조된 임의의 허용 가능한 용기 및/또는 펌핑 수단일 수 있다. 허용 가능한 재료는 이들에 한정되는 것은 아니지만 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)과 같은 플라스틱, 글래스, 금속(들)(특정 등급의 스테인레스강) 등을 포함한다. 더욱이, 저장 탱크(41)가 본 실시예에 도시되어 있지만, 탱크(41)는 홈통 부재(30) 내에서 프로세싱되는 액체(3)를 분배하거나 직접 병에 담거나 패키징하기 위한 수단을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 16a, 도 16b 및 도 16c는 본 발명의 일 바람직한 실시예의 사시도를 도시하고 있다. 이들 도 16a, 도 16b 및 도 16c에서, 8개의 개별 제어 디바이스(20a 내지 20h)가 더 상세히 도시되어 있다. 이러한 제어 디바이스(20)는 예를 들어 도 8a, 도 8b, 도 8c 및 도 8d에 도시되어 있는 전극 구성 중 하나 이상을 이용할 수 있다. 제어 디바이스(20)의 정확한 위치 설정 및 작동은 본 명세서의 다른 부분에서 더 상세히 설명된다. 그러나, 제어 디바이스(20)의 각각은 본 명세서에 설명된 몇몇 바람직한 실시예에서 약 8"(약 203 mm)인 거리("c-c")만큼 분리된다. 도 16b는 2개의 공기 분배 또는 공기 취급 디바이스[예를 들어, 팬(342a, 342b)]의 사용을 포함하고, 도 16c는 2개의 대안적인 또는 바람직한 공기 취급 디바이스(342c, 342d)의 사용을 포함한다. 팬(342a, 342b, 342c 및/또는 342d)은 임의의 적합한 팬일 수 있다. 예를 들어, 약 40 mm×40 mm×20 mm의 치수의 다이나트론(Dynatron) DF12402BA, DC 브러시리스, 9000 RPM 볼 베어링 팬이 양호하게 작동한다. 구체적으로, 이 팬은 대략 10 ft3/min의 공기 유량을 갖는다.
도 17은 6개의 제어 디바이스(20a 내지 20f)(즉, 6개의 전극 세트)가 도 16a 및 도 16b에 도시되어 있는 8개의 제어 디바이스(20a 내지 20h)에 대해 대략 90도로 회전되어 있는 다른 바람직한 실시예에 따른 장치의 다른 실시예의 다른 사시도를 도시하고 있다. 따라서, 실시예는 예를 들어 도 9a 내지 도 9d에 도시되어 있는 전극 조립체 실시예에 일반적으로 대응한다.
도 18은 도 16a에 도시되어 있는 장치의 사시도를 도시하고 있지만, 이러한 장치는 이제 분위기 제어 장치(38)에 의해 실질적으로 완전히 포위되어 있는 것으로서 도시되어 있다. 이러한 장치(38)는 홈통 부재(30) 둘레의 분위기를 제어하기 위한 수단이거나, 또는 홈통 부재(30) 내로 외부의 바람직하지 않은 재료가 진입하여 그와 부정적으로 상호 작용하는 것을 방지하는데 사용될 수 있다. 또한, 홈통 부재(30)의 출구(32)는 출구 파이프(42)를 통해 저장 용기(41)와 통신하는 것으로서 도시되어 있다. 더욱이, 저장 탱크(41) 상의 출구(43)가 또한 도시되어 있다. 이러한 출구 파이프(43)는 액체(3)의 저장, 패킹 및/또는 취급을 위한 임의의 다른 적합한 수단을 향해 지향될 수 있다. 예를 들어, 출구 파이프(43)는 홈통 부재(30) 내에 생성된 액체 생성물(3)을 병에 담거나 패키징하기 위한 임의의 적합한 수단과 통신할 수 있다. 대안적으로, 저장 탱크(41)는 제거될 수 있고, 출구 파이프(42)는 액체 생성물(3)을 취급하고, 병에 담거나 패키징하기 위한 적합한 수단에 직접 접속될 수 있다.
도 19a, 도 19b, 도 19c 및 도 19d는 본 발명에 따라 사용될 수 있는 추가의 전극 구성 실시예의 추가의 단면 사시도를 도시하고 있다.
특히, 도 19a는 홈통 부재(30)의 종방향을 따라 서로에 대해 대략 수직으로 그리고 홈통 부재(30)를 통해 액체(3)의 유동 방향("F")에 실질적으로 수직으로 배치된 2개의 세트의 전극[즉, 총 4개의 전극(5a, 5b, 5c, 5d)]을 도시하고 있다. 대조적으로, 도 19b는 홈통 부재(30)의 종방향을 따라 서로 인접하게 배치된 2개의 세트의 전극(5)(즉, 5a, 5b, 5c, 5d)을 도시하고 있다.
대조적으로, 도 19c는 유체 유동의 방향("F")에 실질적으로 수직으로 배치된 일 세트의 전극(5)(즉, 5a, 5b) 및 유체 유동의 방향("F")에 실질적으로 평행하게 배치된 다른 세트의 전극(5)(즉, 5c, 5d)을 도시하고 있다. 도 19d는 도 19c에 도시되어 있는 전극 구성의 경면 이미지를 도시하고 있다. 도 19a, 도 19b, 도 19c 및 도 19d의 각각은 단지 전극(들)(5)만을 도시하고 있지만, 전극(들)(1)이 도 19a 내지 도 19d의 각각에 도시되어 있는 이들 전극(들)(5)의 일부 또는 모두를 대체하고 그리고/또는 그 내부에 혼합될 수 있다는 것이 명백하다(예를 들어, 도 8a 내지 도 8d 및 도 9a 내지 도 9d에 개시된 전극 구성에 유사하게). 이들 대안적인 전극 구성은 그 모두가 상이한 바람직한 나노입자 또는 나노입자/용액을 생성할 수 있는 다양한 대안적인 전극 구성 가능성을 제공한다. 다른 전극 조립체의 상류측에 위치된 전극 조립체는 원재료, pH 변화, 성분 및/또는 조절 또는 결정 또는 구조 변화를 액체(3)의 적어도 일부에 제공하여 제1 세트의 전극(들)(1 및/또는 5)으로부터 하류측의 전극(들)(1 및/또는 5)에서 발생하는 반응이 예를 들어 나노입자의 성장, 나노입자의 수축(예를 들어, 부분적 또는 완전한 용해), 존재하는 나노입자 상의 상이한 조성물(들)의 배치(예를 들어, 나노입자의 성능을 수정하는 다양한 크기 및/또는 형상 및/또는 조성을 포함하는 표면 특징), 나노 입자 상의 존재하는 표면 특징 또는 코팅의 제거를 초래할 수 있다는 것이 독자에게 이제 명백할 것이다. 달리 말하면, 다수의 구성의 다수의 전극 세트 및 하나 이상의 분위기 제어 디바이스를 다수의 조정 가능한 전기 화학적 반응 및/또는 조정 가능한 플라즈마(4)와 함께 제공함으로써, 다양한 생성된 성분, 나노입자, 복합 나노입자, 기질 나노입자 상의 쉘층(예를 들어, 부분적 또는 완전한) 코팅 또는 표면 특징이 무수히 많고, 액체(3)의 구조 및/또는 조성이 또한 신뢰적으로 제어될 수 있다.
도 20a 내지 도 20p는 도 19a에 도시되어 있는 실시예에만 대응하는 전극(1, 5)의 모든 구성에 사용 가능하고 가능한 다양한 전극 구성 실시예의 다양한 단면 사시도를 도시하고 있다. 특히, 예를 들어, 전극(1 또는 5)의 수 뿐만 아니라 서로에 대한 이러한 전극(들)(1, 5)의 특정 위치는 이들 도 20a 내지 도 20p에서 다양하다. 물론, 도 20a 내지 도 20p에 도시되어 있는 이들 전극 구성(1, 5)은 도 19b, 도 19c 및 도 19d에 도시되어 있는 대안적인 전극 구성의 각각에 따라 구성될 수 있지만(즉, 도 19b, 도 19c 및 도 19d의 각각에 대응하는 16개의 추가의 도면), 추가의 도면은 간략화를 위해 본 명세서에 포함되어 있지 않다. 이들 전극 조립체 및 다른 것들의 특정 장점은 본 명세서의 다른 부분에서 더 상세히 개시된다.
본 명세서에 개시된 바와 같이, 도 20a 내지 도 20p에 도시되어 있는 전극 구성의 각각은 특정 실행 조건에 따라 본 명세서의 본 발명의 개시 내용의 메커니즘, 장치 및 프로세스로부터 도래하는 상이한 생성물을 생성할 수 있다.
도21a, 도 21b, 도 21c 및 도 21d는 본 발명의 추가의 실시예의 단면 사시도를 도시하고 있다. 도 21a 내지 도 21d에 도시되어 있는 전극 배열은 도 19a, 도 19b, 도 19c 및 도 19d 각각에 도시되어 있는 이들 전극 배열에 배열이 유사하다. 그러나, 이들 도 21a 내지 도 21d에서, 멤브레인 또는 배리어 조립체(50)가 또한 포함된다. 본 발명의 이들 실시예에서, 멤브레인(50)은 상이한 전극 세트에서 제조된 상이한 생성물을 분리하기 위한 수단으로서 제공되어 멤브레인(50)의 일 측면에서 전극(1 및/또는 5)의 세트에 의해 제조된 임의의 생성물이 멤브레인(50)의 다른 측면에서 전극(1 및/또는 5)으로부터 제조된 특정 생성물로부터 적어도 부분적으로 격리되거나, 분리되거나 또는 실질적으로 완전히 격리될 수 있게 된다. 이 상이한 생성물을 분리하거나 격리하기 위한 멤브레인 수단(50)은 기계적인 배리어, 물리적인 배리어, 기계 물리적인 배리어, 화학적인 배리어, 전기적인 배리어 등으로서 작용할 수 있다. 따라서, 제1 세트의 전극(1 및/또는 5)으로 제조된 특정 생성물은 제2 세트의 전극(1 및/또는 5)으로 제조된 특정 생성물로부터 적어도 부분적으로, 또는 실질적으로 완전히 격리될 수 있다. 마찬가지로, 추가의 직렬 위치된 전극 세트가 또한 유사하게 위치될 수 있다. 달리 말하면, 상이한 멤브레인(들)(50)은 각각의 세트의 전극(1 및/또는 5)에 또는 전극(1 및/또는 5) 부근에서 이용될 수 있고, 그로부터 생성된 특정 생성물은 제어되어 그로부터 종방향 하류측에서 추가의 전극 세트(1 및/또는 5)에 선택적으로 전달될 수 있다. 이러한 멤브레인(50)은 액체(3)의 다양한 상이한 조성물 및/또는 홈통 부재(30) 내에 생성된 액체(3) 내에 존재하는 나노입자 또는 이온을 생성할 수 있다.
본 발명과 함께 사용하기 위해 분리를 위한 수단으로서 기능하는 가능한 이온 교환 멤브레인(50)은 음이온성 멤브레인 및 양이온성 멤브레인을 포함한다. 이들 멤브레인은 균질하고, 균질하거나 미세기공성이고, 구조가 대칭이거나 비대칭이고, 고체이거나 액체일 수 있고, 포지티브 또는 네거티브 전하를 운반할 수 있고, 또는 중성이거나 쌍극성일 수 있다. 멤브레인 두께는 100 미크론 내지 수 mm로 다양할 수 있다.
본 발명의 특정 실시예와 함께 사용하기 위한 몇몇 특정 이온성 멤브레인은 이들에 한정되는 것은 아니지만, 이하를 포함한다.
· 설폰화 및 아민화 스티렌-디비닐벤젠 공중합체와 같은 균질 중합화형 멤브레인
· 응축 및 균질 멤브레인
· 퍼플루오로카본 양이온 교환 멤브레인
· 멤브레인 염소-알칼리 기술
· 산업 분야에 사용된 대부분의 양이온 및 음이온 교환 멤브레인은 스티렌-비닐벤젠 공중합체, 클로로메틸스티렌-디비닐벤젠 공중합체 또는 비닐피리딘-디비닐벤젠 공중합체의 유도체로 구성됨.
· 멤브레인의 기초인 사용된 필름은 일반적으로 폴리에틸렌, 폴리프로필렌(예를 들어, 'U, 폴리테트라플루오로에틸렌, PFA, FEP 등)임.
· 트리플루오로아크릴레이트 및 스티렌이 몇몇 경우에 사용됨.
· 폴리에테르설폰, 폴리페닐렌 옥사이드, 폴리염화비닐, 폴리비닐리덴 플루오라이드 등과 같은 통상의 폴리머. 특히, 폴리에테르설폰 또는 폴리페닐렌 옥사이드의 설폰화 또는 클로로메틸화 및 아민화.
· 탄화수소 이온 교환 멤브레인은 일반적으로 스티렌-디비닐벤젠 공중합체 및 폴리에틸렌, 폴리염화비닐 등과 같은 다른 불활성 폴리머의 유도체로 구성됨.
도 22a는 도 9c에 도시되어 있는 전극 조립체(5a, 5b)에 대응하는 전극 조립체의 단면 사시도를 도시하고 있다. 이 전극 조립체는 화학적, 물리적, 화학 물리적 및/또는 기계적 분리를 위해 멤브레인(50)을 또한 이용할 수 있다. 이와 관련하여, 도 22b는 전극(5a, 5b) 사이에 위치된 멤브레인(50)을 도시하고 있다. 전극(5a, 5b)은 예를 들어 도 9a 내지 도 9c에 도시되어 있는 다수의 구성 중 임의의 하나의 전극(1)과 상호 교환될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 도 22b의 경우에, 멤브레인 조립체(50)는 전극(5b)에 형성된 일부 또는 전체 이들 생성물로부터 전극(5a)에 형성된 일부 또는 전체 생성물을 부분적으로 또는 실질적으로 완전히 격리하는 능력을 갖는다. 따라서, 전극(5a, 5b) 중 하나에 형성된 다양한 종이 제어되어 이들이 홈통 부재(30)의 종방향 길이를 따라 액체(3)가 착수하는 종방향 유동 방향("F")에서 추가의 전극 조립체 세트(5a, 5b) 및/또는 전극 세트(5) 및 전극 세트(1)의 조합과 순차적으로 반응할 수 있게 된다. 따라서, 멤브레인(50)의 적절한 선택에 의해, 전극(또는 후속의 또는 하류측 전극 세트)이 제어될 수 있는 위치에 생성물이 위치된다. 전극(5a, 5b)의 극성이 반대인 바람직한 실시예에서, 다양한 상이한 생성물이 전극(5b)에 대해 전극(5a)에 형성될 수 있다.
도 22c는 전극(5a, 5b)에 대한 완전히 상이한 대안적인 전극 구성의 단면 개략도로 본 발명의 다른 상이한 실시예를 도시하고 있다. 이 경우, 전극(들)(5a)[또는 물론, 전극(들)(1a)]은 멤브레인(50) 상부에 위치되고, 전극(들)(5b)은 멤브레인(50) 아래에 위치된다[예를 들어, 액체(3) 내에 실질적으로 완전히 침지됨]. 이와 관련하여, 전극(5b)은 복수의 전극을 포함할 수 있거나 또는 홈통 부재(30)의 적어도 일부 또는 전체 종방향 길이를 따라 연장하는 단일의 전극일 수 있다. 이 실시예에서, 멤브레인(50) 상부에서 전극에 생성된 특정 종은 멤브레인(50) 아래에 생성된 특정 종과는 상이할 수 있고, 이러한 종은 홈통 부재(30)의 전체 길이로 연장할 필요는 없다. 이와 관련하여, 멤브레인(50)은 홈통 부재(30)의 종방향 길이를 따라 상이하게 반응할 수 있지만, 이러한 길이의 단지 일부에만 존재할 수도 있고 그 후에 전극(1 및/또는 5)의 순차적인 조립체가 그로부터 생성된 생성물과 반응할 수 있다. 본 명세서에 표현적으로 언급된 것 이외의 다양한 추가의 실시예가 표현적으로 개시된 실시예의 사상 내에 있다는 것이 독자에게 명백할 것이다.
도 22d는 본 발명의 다른 대안적인 실시예를 도시하고 있고, 여기서 도 22c에 도시되어 있는 전극(5a)[및 물론 전극(1)]의 구성은 홈통 부재(30)의 저부를 따라 종방향 길이의 적어도 일부에 대해 연장하는 제2 전극(또는 복수의 전극)(5b)[도 22c의 전극(들)(5b)과 유사함] 및 홈통 부재(30)의 길이를 따라 적어도 일부 연장하는 멤브레인(50)의 부분 상에 위치된다. 다수의 전극(5a)을 이용하는 이 실시예에서, 추가의 작동 융통성이 성취될 수 있다. 예를 들어, 전압 및 전류를 적어도 2개의 전극(5a)에 분할함으로써, 다수의 전극(5a)에서의 반응은 유사한 크기, 형상 및/또는 조성의 단일 전극(5a)에서 발생하는 이들 반응과는 상이할 수 있다. 물론, 이 다수의 전극 구성은 본 명세서에 개시된 다수의 실시예에 이용될 수 있지만, 간략화를 위해 표현적으로 설명되어 있지는 않다. 그러나, 일반적으로 다수의 전극(1 및/또는 5)[즉, 단일의 전극(1 및/또는 5)을 대신하여]은 본 발명에 따라 생성된 생성물에 상당한 융통성을 추가할 수 있다. 이들 장점의 특정 상세는 본 명세서의 다른 부분에 설명된다.
도 23a는 도 19a에 도시되어 있는 전극(5)의 세트에 일반적으로 대응하는 전극(5)의 세트를 도시하는 본 발명의 다른 실시예의 단면 사시도이지만, 도 23a의 실시예와의 차이점은 도 19a에 도시되어 있는 2개의 세트의 전극(5a, 5b, 5c, 5d)에 추가하여 제3 세트의 전극(들)(5e, 5f)이 제공되어 있다는 것이다. 물론, 전극(5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f)의 세트는 또한 90도 회전되어 이들이 도 19b에 도시되어 있는 2개의 세트의 전극에 대략 대응할 수 있게 된다. 전극 구성의 이들 세트의 추가의 실시예를 도시하고 있는 추가의 도면은 간략화를 위해 여기에 포함되지 않았다.
도 23b는 다수의 추가의 실시예로 또한 치환되는 본 발명의 다른 실시예를 도시하고 있고, 여기서 멤브레인 조립체(50a, 50b)는 3개의 세트의 전극(5a, 5b; 5c, 5d; 5e, 5f) 사이에 삽입되어 있다. 분리를 성취하는데 사용된 전극 구성(들), 전극(들)의 수 및 정확한 멤브레인(들) 수단(50)의 조합은 그 각각이 본 발명의 교시를 받게 될 때 상이한 생성물을 생성할 수 있는 다수의 실시예를 포함하는 것이 물론 명백하다. 본 발명의 이러한 생성물 및 작동의 더 상세한 설명은 본 명세서의 다른 부분에서 설명된다.
도 24a 내지 도 24e, 도 25a 내지 도 25c 및 도 26a 내지 도 26e는 본 발명에 따라 이용될 수 있는 다양한 멤브레인(50) 위치의 단면도를 도시하고 있다. 이들 멤브레인(50) 구성의 각각은 상이한 나노입자 및/또는 나노입자/용액 혼합물을 생성할 수 있다. 다양한 전극 조립체와 조합하여 특정 멤브레인을 이용하는 바람직함은 본 발명의 다양한 프로세싱 장점을 추가한다. 이 추가의 융통성은 다양한 새로운 나노입자/나노입자 용액 혼합물을 생성한다.
전극 제어 디바이스
예를 들어, 도 2, 도 3, 도 11, 도 12, 도 14, 도 16, 도 17 및 도 18에 일반적으로 도시되어 있는 전극 제어 디바이스는 도 27 및 도 28a 내지 도 28l에 더 상세히 도시되어 있다. 특히, 도 27은 본 발명의 제어 디바이스(20)의 일 실시예의 사시도를 도시하고 있다. 또한, 도 28a 내지 도 28l은 제어 디바이스(20)의 다양한 실시예의 사시도를 도시하고 있다. 도 28b는 2개의 전극(들)(1a/1b)이 2개의 전극(들)(5a/5b)을 대체하는 것을 제외하고는 도 28a에 도시되어 있는 동일한 제어 디바이스(20)를 도시하고 있다.
먼저, 특히 도 27, 도 28a 및 도 28b를 참조한다. 이들 3개의 도면의 각각에서, 기부(25)가 제공되고, 상기 기부는 상부 부분(25') 및 저부 부분(25")을 갖는다. 기부(25)는 이들에 한정되는 것은 아니지만 구조 플라스틱, 수지, 폴리우레탄, 폴리프로필렌, 나일론, 테플론, 폴리비닐 등으로 제조된 재료를 포함하는 적합한 강성 플라스틱 재료로 제조된다. 분할벽(27)이 2개의 전극 조정 조립체 사이에 제공된다. 분할벽(27)은 기부(25)를 포함하는 재료와 유사하거나 상이한 재료로 제조될 수 있다. 2개의 서보-스텝 모터(21a, 21b)가 기부(25)의 표면(25')에 고정된다. 스텝 모터(21a, 21b)는 스텝 모터(21a/21b)의 원주방향 이동이 그와 통신하는 전극(1 또는 5)의 수직 상승 또는 하강을 초래하도록 약간 이동(예를 들어, 360도 기초로, 1도 약간 미만 또는 1도 약간 초과)할 수 있는 임의의 스텝 모터일 수 있다. 이와 관련하여, 제1 휠형 구성 요소(23a)는 구동 샤프트(231a)가 회전할 때 휠(23a)의 원주방향 이동이 생성되도록 구동 모터(21a)의 출력 샤프트(231a)에 연결된 구동휠이다. 또한, 슬레이브 휠(24a)은 이들 사이에 마찰 접촉이 존재하도록 구동휠(23a)에 대해 및 구동휠(23a)을 향해 가압된다. 구동휠(23a) 및/또는 슬레이브 휠(24a)은 전극(1, 5)을 수용하는 것을 보조하기 위해 그 외부 부분에 노치 또는 홈을 포함할 수 있다. 슬레이브 휠(24a)은 슬레이브 휠(24a)에 부착된 부분(241a, 261a) 사이에 위치된 스프링(285)에 의해 구동휠(23a)을 향해 가압되게 된다. 특히, 코일형 스프링(285)이 블록(261a)으로부터 연장하는 축(262a)의 부분 둘레에 위치될 수 있다. 스프링은 구동휠(23a)과 슬레이브 휠(24a) 사이에 적당한 마찰력을 생성하여 샤프트(231a)가 결정된 양만큼 회전할 때 전극 조립체(5a, 5b, 1a, 1b 등)가 기부(25)에 대해 수직 방향으로 이동할 수 있도록 충분한 장력을 가져야 한다. 이러한 구동휠(23a)의 회전 또는 원주방향 이동은 본 명세서에 도시되어 있는 전극(1, 5)의 수직방향 변화의 직접적인 전달을 초래한다. 구동휠(23a)의 적어도 일부는 전기 절연성 재료로 제조되어야 하고, 반면에 슬레이브 휠(24a)은 전기 전도성 재료 또는 전기 절연성 재료로 제조될 수 있지만, 바람직하게는 전기 절연성 재료로 제조될 수 있다.
구동 모터(21a/21b)는 구동 샤프트(231a)의 작은 회전 변화가 전극 조립체의 작은 수직 변화로 변환되도록 작은 회전(예를 들어, 1°/360°약간 미만 또는 1°/360°약간 초과)이 가능한 임의의 적합한 구동 모터일 수 있다. 바람직한 구동 모터는 DC 동력식 스텝 모터인 RMS 테크놀로지즈 모델 1MC17-S04 스텝 모터에 의해 제조된 구동 모터를 포함한다. 이 스텝 모터(21a/21b)는 컴퓨터 또는 제어기와 같은 원격 제어 장치에 의해 스텝 모터가 구동되는 것을 허용하는 RS-232 접속부(22a/22b)를 각각 포함한다.
도 27, 도 28a 및 도 28b를 참조하면, 부분(271, 272, 273)은 홈통 부재(30)에 대한 기부 부재(25)의 높이를 조정하는 주요 높이 조정부이다. 부분(271, 272, 273)은 기부(25)와 동일한, 유사한 또는 상이한 재료로 제조될 수 있다. 부분(274a/274b, 275a/275b)은 또한 기부(25)와 동일한, 유사한 또는 상이한 재료로 제조될 수 있다. 그러나, 이들 부분은 이들이 전극 조립체(1a/1b, 5a/5b)에 전압 및 전류를 전달하는 것과 관련된 다양한 와이어 구성 요소를 수용하는 점에서 전기적으로 절연되어야 한다.
도 28a에 구체적으로 도시되어 있는 전극 조립체는 전극(5a, 5b)(예를 들어, 도 3c에 도시되어 있는 전극 조립체에 대응함)을 포함한다. 그러나, 이 전극 조립체는 전극(들)(1)만을, 전극(들)(1, 5), 전극(들)(5, 1) 또는 전극(들)(5)만을 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 도 28b는 도 28a에 도시되어 있는 2개의 전극(들)(5a/5b) 대신에 2개의 전극(1a/1b)이 제공되어 있는 조립체를 도시하고 있다. 도 28b에 도시되어 있는 모든 다른 요소는 도 28a에 도시되어 있는 것들과 유사하다.
도 27, 도 28a 및 도 28b에 도시되어 있는 제어 디바이스(20)의 크기에 관련하여, 치수 "L" 및 "W"는 스텝 모터(21a/21b)의 크기 및 홈통 부재(30)의 폭을 수용하는 임의의 치수일 수 있다. 이와 관련하여, 도 27에 도시되어 있는 치수 "L"은 치수 "L"이 적어도 홈통 부재(30)만큼 넓고 바람직하게는 약간 길도록(예를 들어, 10 내지 30%) 하는데 충분할 필요가 있다. 도 27에 도시되어 있는 치수 "W"는 스텝 모터(21a/21b)를 수용하는데 충분히 넓고 홈통 부재(30)의 길이를 따라 불필요하게 종방향 공간을 제대로 이용하게 하지 않도록 넓지 않아야 한다. 본 발명의 일 바람직한 실시예에서, 치수 "L"은 약 7 인치(약 19 밀리미터)이고, 치수 "W"는 약 4 인치(약 10.5 밀리미터)이다. 기부 부재(25)의 두께("H")는 기부 부재(25)에 구조적, 전기적 및 기계적 강성을 제공하기에 충분한 임의의 두께이고 약 1/4" 내지 3/4"(약 6 mm 내지 19 mm) 정도일 수 있다. 이들 치수는 임계적인 것은 아니지만, 치수는 본 발명의 일 바람직한 실시예의 특정 구성 요소의 일반적인 크기의 이해를 제공한다.
또한, 도 27, 도 28a 및 도 28b에 도시되어 있는 본 발명의 실시예의 각각에서, 기부 부재(25)(및 그에 장착된 구성 요소)는 적절한 커버(290)(도 28d에 먼저 도시되어 있음)에 의해 커버되어 전기적으로 절연할 뿐만 아니라 기부 부재(25)에 부착된 모든 구성 요소에 대한 국부적인 보호 환경을 생성할 수 있다. 이러한 커버(290)는 적절한 안전 및 작동적인 융통성을 제공하는 임의의 적합한 재료로 제조될 수 있다. 예시적인 재료는 홈통 부재(30) 및/또는 제어 디바이스(20)의 다른 부분에 사용된 것과 유사한 플라스틱을 포함하고 바람직하게는 투명하다.
도 28c는 예를 들어 전극(5)을 안내하는데 이용되는 전극 안내 조립체(280)의 사시도를 도시하고 있다. 구체적으로, 상부 부분(281)은 기부 부재(25)에 부착된다. 관통 구멍/슬롯 조합(282a, 282b, 282c)은 모두 그를 통해 전극(5)을 안내하는 기능을 한다. 구체적으로, 부분(283)은 특히 전극(5)의 팁(9')을 홈통 부재(30) 내에서 유동하는 액체(3)를 향해 액체(3) 내로 유도한다. 도 28c에 도시되어 있는 안내부(280)는 홈통 부재(30) 및/또는 기부 부재(25) 등의 다른 부분을 제조하는데 사용된 이들 재료와 유사하거나 정확하게 동일한 재료로 제조될 수 있다.
도 28d는 도 27 및 도 28에 도시되어 있는 것과 유사하지만 이제 커버 부재(290)를 포함하는 제어 디바이스(20)를 도시하고 있다. 이 커버 부재(290)는 또한 기부(25)를 제조하는데 사용된 동일한 유형의 재료로 제조될 수 있다. 커버(290)는 그 내부에 2개의 관통 구멍(291, 292)을 갖는 것으로서 또한 도시되어 있다. 구체적으로, 이들 관통 구멍은 예를 들어, 전극 와이어의 스풀(이들 도면에는 도시되어 있지 않음)에 접속될 수 있는 예를 들어 전극(5)의 과잉의 부분과 정렬될 수 있다.
도 28e는 각각 구멍(292, 291)을 통해 커버부(290)를 통해 연장하는 전극(5a, 5b)을 갖고 기부(25)에 부착된 커버부(290)를 도시하고 있다.
도 28f는 그 상부에 커버(290)를 갖는 제어 디바이스(20)의 저부 배향 사시도를 도시하고 있다. 구체적으로, 전극 안내 장치(280)가 그를 통해 연장하는 전극(5)을 갖는 것으로서 도시되어 있다. 더 구체적으로는, 이 도 28f는 전극(1)이 도 28f에 화살표로 표시되어 있는 바와 같이 방향("F")에서 유동하는 유체(3)에 먼저 접촉할 수 있는 배열을 도시하고 있다.
도 28g는 분위기 제어 디바이스(35)가 그에 추가되어 있는 도 28f에 도시되어 있는 것과 동일한 장치를 도시하고 있다. 구체적으로, 분위기 제어 디바이스는 전극(1)을 위해 제어된 분위기를 제공하는 것으로서 도시되어 있다. 추가적으로, 가스 입구 튜브(286)가 제공된다. 이 가스 입구 튜브는 분위기 제어 디바이스(35) 내로 바람직한 가스의 유동을 제공하여 전극(1)에 의해 생성된 플라즈마(4)가 제어된 분위기 내에서 생성되게 한다.
도 28h는 홈통 부재(30) 및 지지 수단(341) 내에 위치된 도 28g의 조립체를 도시하고 있다.
도 28i는 이제 전극(5)이 홈통 부재(30) 내의 화살표("F")의 방향으로 유동하는 액체(3)에 접촉하는 제1 전극인 것을 제외하고는 도 28f와 유사하다.
도 28j는 전극(5)이 홈통 부재(30) 내에 유동하는 액체(3)에 먼저 접촉하는 것을 제외하고는 도 28g에 대응한다.
도 28k는 본 명세서의 다른 도 28에 도시되어 있는 장치의 하부면의 더 상세한 사시도를 도시하고 있다.
도 28l은 2개의 전극(1)이 제공된 것을 제외하고는 도 28f 및 도 28i에 도시되어 있는 것과 유사한 제어 디바이스(20)를 도시하고 있다.
도 29는 내화 재료(29)가 히트 싱크(28)와 조합되어 본 발명의 실시예에 따라 실시된 프로세스 중에 생성된 열이 열 관리 프로그램을 필요로 하는 충분한 열의 양을 생성하게 하는 본 발명의 다른 바람직한 실시예를 도시하고 있다. 이와 관련하여, 구성 요소(29)는 예를 들어 알루미늄 산화물 등을 포함하는 적합한 내화 구성 요소로 제조된다. 내화 구성 요소(29)는 전극(들)(1 및/또는 5)으로의 전기적인 접속을 제공하는 횡단방향 관통 구멍(291)을 그 내부에 갖는다. 또한, 종방향 관통 구멍(292)이 내화 구성 요소(29)의 길이를 따라 존재하여, 전극 조립체(1/5)가 그를 통해 연장될 수 있게 한다. 히트 싱크(28)는 내화 부재(29)와 열적으로 통신하여 전극 조립체(1 및/또는 5)로부터 발생된 임의의 열이 내화 부재(29) 내로, 히트 싱크(28) 내로 핀(282) 뿐만 아니라 히트 싱크(28)의 기부(281)를 통해 외부로 통과되게 한다. 핀(282) 및 기부(281)의 정확한 수, 크기, 형상 및 위치는 예를 들어 소산되도록 요구되는 열의 양의 함수이다. 또한, 상당한 양의 열이 발생되면, 팬과 같은 냉각 수단은 핀(282)을 가로질러 송풍할 수 있게 된다. 히트 싱크는 바람직하게는 구리, 알루미늄 등과 같은 열 전도성 금속으로 제조된다.
도 30은 도 27에 도시되어 있는 디바이스에 추가되어 있는 것으로서 도 29의 히트 싱크의 사시도를 도시하고 있다. 이와 관련하여, 전극(5a)이 기부(25)에 직접 접촉하기보다는, 내화 부재(29)가 전극(1/5)과 기부 부재(25) 사이에 버퍼로서 제공된다.
도면에는 도시되어 있지 않은 팬 조립체가 냉각 공기를 냉각 핀(282)을 가로질러 송풍시키는 포위 하우징에 부착될 수 있다. 팬 조립체는 컴퓨터 냉간 팬 등과 유사한 팬을 포함할 수 있다. 바람직한 팬 조립체는 예를 들어, 약 40 mm×40 mm×20 mm의 다이나트론 DF124020BA, DC 브러스리스, 900 RPM 볼 베어링 팬을 포함한다. 구체적으로, 이 팬은 대략 분당 10 ft3의 공기 유량을 갖는다.
도 31은 도 30a에 도시되어 있는 제어 디바이스(20)의 저부 부분의 사시도를 도시하고 있다. 도 31에서, 일 전극(들)(1a)이 제1 내화부(29a)를 통해 연장하는 것으로서 도시되어 있고, 일 전극(들)(5a)은 제2 내화부(29b)를 통해 연장하는 것으로서 도시되어 있다. 따라서, 본 명세서에 표현적으로 개시되어 있을 뿐만 아니라 본 명세서에 언급된 전극 조립체의 각각은 도 27 내지 도 31에 도시되어 있는 제어 디바이스의 바람직한 실시예와 조합하여 이용될 수 있다. 제어 디바이스(20)가 작동하게 하기 위해, 2개의 일반적인 프로세스가 실시될 필요가 있다. 제1 프로세스는 전극(들)(1 및/또는 5)을 전기적으로 활성화하는 것을 포함하고[예를 들어, 바람직한 전원(10)으로부터 그에 전력을 인가함], 제2 일반적인 프로세스 실시는 얼마나 많은 전력이 전극(들)에 인가되는지를 결정하고 이러한 결정에 응답하여 전극(1/5) 높이를 적절하게 조정하는 것[전극(1/5)의 높이를 수동으로 그리고/또는 자동으로 조정함]을 포함한다. 제어 디바이스(20)를 이용하는 경우에, 적합한 명령이 RS-232 포트(22a, 22b)를 통해 스텝 모터(21)에 통신된다. 제어 디바이스(20)의 구성 요소 뿐만 아니라 전극 활성화 프로세스의 중요한 실시예가 본 명세서에서 이하에 설명된다.
전원
다양한 전원이 본 발명과 함께 사용하기에 적합하다. 다양한 극성의 AC 소스, DC 소스, 정류된 AC 소스 등과 같은 전원이 사용될 수 있다. 그러나, 본 명세서에 개시된 바람직한 실시예에서, AC 전원이 직접 이용되고, 또는 AC 전원은 가변 극성의 특정 DC 소스를 생성하도록 정류되어 있다.
도 32a는 변압기(60)에 접속된 AC 전원(62)을 도시하고 있다. 게다가, 커패시터(61)는 예를 들어 회로 내의 손실 팩터가 조정될 수 있도록 제공된다. 변압기(60)의 출력은 제어 디바이스(20)를 통해 전극(들)(1/5)에 접속된다. 본 발명과 함께 사용하기 위한 바람직한 변압기는 플럭스를 용이하게 안내하는 코어(602) 내의 교류 자기 플럭스를 설정하기 위해 1차 코일(601) 내에 흐르는 교류 전류를 사용하는 것이다.
2차 코일(603)이 1차 코일(601) 및 코어(602) 부근에 위치될 때, 이 플럭스는 2차 코일(603)을 1차 코일(601)과 결합할 것이다. 이 2차 코일(603)의 결합은 2차 단자를 가로지르는 전압을 유도한다. 2차 단자에서의 전압의 크기는 1차 코일 권수(turn)에 대한 2차 코일 권수의 비에 직접 관련된다. 1차 코일(601)에서보다 더 많은 2차 코일(603)에서의 권수는 전압의 승압을 초래하고, 더 적은 권수는 전압의 강압을 초래한다.
본 명세서에 개시된 다양한 실시예와 함께 사용하기 위한 바람직한 변압기(들)(60)는 변압기(60) 내의 자기 션트(shunt)의 사용에 의해 가능하게 되는 고의적으로 열악한 출력 전압 조절을 갖는다. 이들 변압기(60)는 네온 사인 변압기로서 알려져 있다. 이 구성은 전극(들)(1/5) 내로의 전류 흐름을 제한한다. 출력 부하 전압의 큰 변화에 의해, 변압기(60)는 비교적 좁은 범위 내에서 출력 부하 전류를 유지한다.
변압기(60)는 그 2차 개방 회로 전압 및 2차 단락 전류에 대해 정격화된다. 개방 회로 전압(OCV)은 단지 어떠한 전기적인 접속도 존재하지 않을 때에만 변압기(60)의 출력 단자에서 발생한다. 마찬가지로, 단락 회로는 단락이 이들 단자를 가로질러 배치되면(이 경우 출력 전압은 제로임) 출력 단자로부터만 인출된다. 그러나, 부하가 이들 동일한 단자를 가로질러 접속될 때, 변압기(60)의 출력 전압은 제로와 정격화된 OCV 사이의 소정 부분으로 하강되어야 한다. 실제로, 변압기(60)가 적절하게 로딩되면, 전압은 정격화된 OCV의 대략 절반일 것이다.
변압기(60)는 균형화된 중간점 기준화된 디자인(Balanced Mid-Point Referenced Design)으로서 알려져 있다(예를 들어, 또한 균형화된 중간점 접지된 것으로서 이미 알려져 있음). 이는 중간 내지 더 높은 전압 정격 변압기 및 대부분의 60 mA 변압기에서 가장 통상적으로 발견된다. 이는 "중간점 복귀 배선된" 시스템 내에서 허용 가능한 유일한 유형의 변압기이다. "균형화된" 변압기(60)는 1차 코일(601)의 각각의 측면 상에 1개씩 2개의 2차 코일(603)을 갖는 하나의 1차 코일(601)을 갖는다(도 33a에 개략도로 일반적으로 도시되어 있음). 이 변압기(60)는 2개의 변압기와 같이 다수의 방식으로 수행될 수 있다. 불균형 중간점 기준화된 코어 및 코일에서와 같이, 각각의 제2 코일(603)의 일 단부는 코어(602)에 부착되고 이어서 변압기 포위체에 부착되고, 각각의 2차 코일(603)의 다른 단부는 출력 도선 또는 단자에 부착된다. 따라서, 커넥터가 존재하지 않으면, 이 유형의 언로딩된 15,000 볼트 변압기는 각각의 2차 단자로부터 변압기 포위체로 약 7,500 볼트를 측정할 것이지만, 2개의 출력 단자 사이에는 약 15,000 볼트를 측정할 것이다.
라인 전력 팩터 또는 1(또는 100%)을 갖는 교류(AC) 회로에서, 전압 및 전류는 각각 제로에서 시작하여, 최대치로 상승하고, 제로로 하강하고, 네거티브 최대치로 진행하여 재차 제로로 복귀한다. 이는 통상적인 사인파의 일 사이클을 완성한다. 이는 통상적인 US 용례에서 초당 60회 발생한다. 따라서, 이러한 전압 또는 전류는 초당 60회(또는 60 헤르츠) 전력의 특정 "주파수"를 갖는다. 전력 팩터는 전류 파형에 대한 전압 파형의 위치에 관련된다. 양 파형이 함께 제로를 통과하고 이들의 최대치가 함께 합해질 때, 이들은 위상 내에 있고 전력 팩터는 1 또는 100%이다. 도 33b는 서로 위상 내에 있고 1 또는 100%의 전력 팩터를 갖는 2개의 파형 "V"(전압) 및 "C"(전류)를 도시하고 있고, 반면에 도 33c는 서로 위상 외에 있고 약 60%의 전력 팩터를 갖는 2개의 파형 "V"(전압) 및 "C"(전류)를 도시하고 있는데, 양 파형은 동시에 제로를 통과하지 않는다. 파형들은 위상 외에 있고 이들의 전력 팩터는 100% 미만이다.
대부분의 이러한 변압기(60)의 정상 전력 팩터는 전극(1/5)으로의 전류를 제한하기 위해 변압기(60)의 회로의 출력 내로 인덕터를 효과적으로 추가하는 자기 션트(604) 및 2차 코일(603)의 효과에 상당히 기인한다. 전력 팩터는 입력 전압 및 전류파를 더 위상 내로 유도하는 변압기(60)의 1차 코일(601)을 가로질러 배치된 커패시터(들)(61)의 사용에 의해 더 높은 전력 팩터로 증가될 수 있다.
본 발명에 사용될 임의의 변압기(60)의 언로딩된 전압 뿐만 아니라 그 내부 구조가 중요하다. 본 발명에 사용하기 위한 바람직한 언로딩된 변압기는 약 9,000 볼트, 10,000 볼트, 12,000 볼트 및 15,000 볼트인 것들을 포함한다. 그러나, 이들 특정 언로딩된 볼트 변압기 측정치는 추가의 실시예로서 범위 허용 가능한 전원을 한정하는 것으로서 고려되어서는 안된다. 본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 다양한 실시예와 함께 사용하기 위한 특정의 바람직한 변압기는 1차로 120 볼트, 60 Hz 및 2차 9,000 볼트, 60 mA에서 작동하는 프란스포머(Francefomer), 카탈로그(Catalog) No. 9060-P-E에 의해 제조된다.
도 32b 및 도 32c는 본 발명의 다른 실시예를 도시하고 있고, 여기서 전극 조립체(1/5) 내로 입력되어 있는 변압기(60)의 출력은 다이오드 조립체(63 또는 63')에 의해 정류되어 있다. 그 결과는 일반적으로 AC 파가 DC 파와 실질적으로 유사하게 되는 것이다. 달리 말하면, 거의 편평한 라인 DC 출력이 생성된다(실제로, 약간의 120 Hz 펄스가 종종 얻어질 수 있음). 이 특정 조립체는 본 발명의 2개의 추가의 바람직한 실시예(예를 들어, 전극 배향에 관한)를 생성한다. 이와 관련하여, 실질적으로 포지티브 단자 또는 출력 및 실질적으로 네거티브 단자 또는 출력이 다이오드 조립체(63)로부터 생성된다. 반대 극성이 다이오드 조립체(63')에 의해 성취된다. 이러한 포지티브 및 네거티브 출력은 전극(들)(1 및/또는 5) 중 하나로 입력될 수 있다. 따라서, 전극(1)은 실질적으로 네거티브이거나 실질적으로 포지티브일 수 있고, 그리고/또는 전극(5)은 실질적으로 네거티브 및/또는 실질적으로 포지티브일 수 있다. 또한, 도 32b의 조립체를 이용할 때, 도 29, 도 30 및 도 31에 도시되어 있는 조립체가 바람직한 것으로 판명되었다. 이와 관련하여, 도 32b에 도시되어 있는 배선 다이어그램은 예를 들어 주어진 세트의 작동(예를 들어, 전력) 조건 하에서 도 32a에 도시되어 있는 것보다 많은 열(열 출력)을 생성할 수 있다. 또한, 하나 이상의 정류된 AC 전원(들)이 예를 들어 도 21 내지 도 26에 도시되어 있는 멤브레인 조립체와 조합하여 특히 유용할 수 있다.
도 34a는 그 각각이 각각 대응 제어 디바이스(20a 내지 20h)에 접속되어 있는 8개의 개별 변압기 조립체(60a 내지 60h)를 도시하고 있다. 이 변압기(60) 및 제어 디바이스(20)의 세트는 본 명세서에서 이하의 예 섹션에서 설명되는 일 바람직한 실시예에서 이용된다.
도 34b는 그 각각이 도 32b에 도시되어 있는 정류된 변압기 다이어그램에 대응하는 8개의 개별 변압기(60a' 내지 60h')를 도시하고 있다. 이 변압기 조립체는 또한 제어 디바이스(20a 내지 20h)의 세트와 통신하고, 본 발명의 바람직한 실시예로서 사용될 수 있다.
도 34c는 그 각각이 도 32c에 도시되어 있는 정류된 변압기 다이어그램에 대응하는 8개의 개별 변압기(60a" 내지 60h")를 도시하고 있다. 이 변압기 조립체는 또한 제어 디바이스(20a 내지 20h)의 세트와 통신하고 본 발명의 바람직한 실시예로서 사용될 수 있다.
따라서, 각각의 변압기 조립체(60a 내지 60h)(및/또는 60a' 내지 60h', 및/또는 60a" 내지 60h")는 동일한 변압기일 수 있고, 또는 상이한 변압기(뿐만 아니라 상이한 극성)의 조합일 수 있다. 변압기, 전력 팩터, 커패시터(들)(61), 극성, 전극 디자인, 전극 위치, 전극 조성, 홈통 부재(30)의 단면 형상(들), 국부적인 또는 전체적인 전극 조성, 분위기(들), 국부적인 또는 전체적인 액체(3) 유량(들), 액체(3) 국부적인 성분, 홈통 부재(30) 내의 다양한 필드를 국부적으로 받게 되는 액체(3)의 체적, 이웃하는(예를 들어, 상류측 및 하류측) 전극 세트, 국부 필드 농도, 임의의 멤브레인(50)의 사용 및/또는 위치 및/또는 조성 등의 선택은 모두 본 명세서에 개시된 다양한 실시예에 따라 제조된 액체(3) 내에 생성된 성분, 나노입자 및 나노입자/용액의 조성 및/또는 체적 뿐만 아니라 프로세싱 조건에 영향을 주는 팩터이다. 따라서, 과잉의 실시예가 본 명세서에 제시된 상세한 개시 내용에 따라 실시될 수 있다.
전극 높이 제어/자동 제어 디바이스
본 발명의 바람직한 실시예는 본 명세서의 다양한 도면에 도시되어 있는 자동 제어 디바이스(20)를 이용한다. 예를 들어 도 27 내지 도 31에 도시되어 있는 스텝 모터(21a, 21b)는 도 35, 도 36a, 도 36b 및 도 36c의 각각에 도시되어 있는 전기 회로에 의해 제어된다. 특히, 도 35의 전기 회로는 전압 모니터링 회로이다. 구체적으로, 변압기(60) 내의 2차 코일(603)의 출력 레그의 각각으로부터의 전압 출력은 지점("P-Q") 및 지점("P'-Q'")에 걸쳐 모니터링된다. 구체적으로, "RL"에 의해 나타낸 저항기는 멀티 계량기 측정 디바이스(도시되어 있지 않음)의 내부 저항에 대응한다. 지점("P-Q", "P'-Q'") 사이에서 측정된 출력 전압은 통상적으로 본 명세서의 이하의 예에 나타낸 다수의 바람직한 실시예에 대해 약 200 볼트 내지 약 4,500 볼트의 범위이다. 그러나, 더 높고 더 낮은 전압이 본 명세서에 개시된 다수의 실시예와 함께 작용할 수 있다. 본 명세서의 이하의 예에서, 바람직한 타겟 전압은 홈통 부재(30)를 따른 각각의 위치에서 각각의 전극 세트(1 및/또는 5)에 대해 결정되어 있다. 이러한 바람직한 타겟 전압은 예를 들어 도 36a, 도 36b 및 도 36c에 도시되어 있는 회로 제어를 이용함으로써 실제 인가된 전압으로서 성취된다. 이들 도 36은 벨레만 K8056 회로 조립체(마이크로 칩 PIC16F630-l/P를 가짐)에 의해 제어된 릴레이의 세트를 언급하고 있다. 특히, 전압은 "P-Q" 또는 "P'-Q'" 위치를 가로질러 검출되고, 이러한 전압은 미리 결정된 기준 전압에 비교된다(실제로 타겟 전압 범위에 비교됨). 측정된 전압이 예를 들어 미리 결정된 전압 타겟 범위의 최고점에 접근하는 지점("P-Q")를 가로지르면, 예를 들어 벨레만 K8056 회로 조립체는 서보 모터(21)(도 28a를 특히 참조)를 시계방향으로 회전시켜 전극(5a)을 유체(3)를 향해 그리고/또는 유체(3) 내로 하강시킨다. 대조적으로, 지점("P-Q" 또는 "P'-Q'") 중 하나를 가로지르는 측정된 전압이 타겟 전압의 최저점에 접근하면, 예를 들어 도 28a를 재차 참조하면 서보 모터(21a)는 구동휠(23a)을 반시계방향 위치로 회전시켜 이에 의해 전극(5a)을 유체(3)에 대해 상승시킬 것이다.
본 발명의 각각의 실시예의 전극의 각각의 세트는 설정된 타겟 전압 범위를 갖는다. 허용 가능한 범위의 치수 또는 크기는 타겟 전압의 약 1% 내지 약 10% 내지 15%의 양만큼 변경된다. 본 발명의 몇몇 실시예는 전압 변화에 더 민감하고, 이들 실시예는 통상적으로 더 작은 허용 가능한 전압 범위를 가져야 하고, 반면에 본 발명의 다른 실시예는 전압에 덜 민감하고 통상적으로 더 큰 허용 가능한 범위를 가져야 한다. 따라서, 도 35에 도시되어 있는 회로 다이어그램을 이용함으로써, 변압기(60)의 2차 코일(603)로부터의 실제 전압 출력은 "RL"(단자 "P-Q" 및 "P'-Q'"를 가로질러)에서 측정되고 이어서 미리 결정된 전압 범위에 비교된다. 서보 모터(21)는 필요에 따라 시계방향 또는 반시계방향으로 미리 결정된 양만큼 회전함으로써 응답한다. 더욱이, 도 36을 특히 참조하면, 인터로게이션 절차는 각각의 전극의 전압을 결정하고, 높이(필요하다면)를 조정하고 이어서 다음 전극으로 진행함으로써 순차적으로 발생한다는 것을 주목해야 한다. 달리 말하면, 각각의 변압기(60)는 도 35에 도시되어 있는 방식으로 전기적으로 접속된다. 각각의 변압기(60) 및 관련 측정 지점("P-Q", "P'-Q'")은 개별 릴레이에 접속된다. 예를 들어, 지점("P-Q")은 도 36a의 릴레이(501)에 대응하고, 지점("P'-Q'")은 도 36a의 릴레이(502)에 대응한다. 따라서, 2개의 릴레이가 각각의 변압기(60)에 요구된다. 각각의 릴레이(501, 502) 등은 2차 코일(603)의 제1 레그로부터 제1 출력 전압을, 이어서 2차 코일(603)의 제2 레그로부터 제2 출력 전압을 순차적으로 인터로게이팅하는데, 이러한 인터로게이션은 그 2차 코일(603)의 제1 레그 상에서 이어서 2차 코일(603)의 제2 레그 상에서 제2 변압기(60b)로부터 제1 출력 전압 상에 계속된다.
설명된 인터로게이션 전압 조정 기술을 위한 컴퓨터 또는 논리 회로는 예를 들어 바람직한 실시예에서 PC 내에 이용되는 표준 비쥬얼 베이직 프로그래밍 단계를 포함하는 임의의 통상의 프로그램 또는 제어기에 의해 성취된다. 이러한 프로그래밍 단계는 인터로게이팅, 판독, 비교 및 적절한 작동 심벌을 송신하여 전압을 증가시키거나 감소시키는 것[예를 들어, 액체(3)의 표면에 대해 전극을 상승시키거나 하강시킴]을 포함한다. 이러한 기술은 당 기술 분야의 숙련자에 의해 이해될 것이다.
예 1 내지 12
이하의 예는 본 발명의 특정 실시예를 예시하는 기능을 하지만, 본 개시 내용의 범주를 한정하는 것으로서 해석되어서는 안된다.
일반적으로, 12개의 예의 각각은 도 16b 및 도 16c에 일반적으로 도시되어 있는 장치와 관련된 본 발명의 특정 실시예를 이용한다. 프로세싱 및 장치의 특정 차이점은 각각의 예에서 명백할 것이다. 홈통 부재(30)는 플렉시글래스로 제조되는데, 이들 모두는 약 3 mm 내지 4 mm(약 1/8")의 두께를 가졌다. 지지 구조체(34)가 또한 약 1/4" 두께(약 6 내지 7 mm 두께)인 플렉시글래스로 제조되었다. 홈통 부재(30)의 단면 형상은 도 10b에 도시되어 있는 형상(즉, 절두 원추형 "V")에 대응하였다. 절두 원추형 "V"의 기부("R")는 약 0.5"(약 1 cm)로 측정되었고, 각각의 측면부("S", "S'")는 약 1.5"(약 3.75 cm)로 측정되었다. V형 홈통 부재(30)의 측면부("S", "S'")를 분리하는 거리("M")는 약 2¼" 내지 2 5/16"(약 5.9 cm)(측면으로부터 측면까지 측정됨)였다. V형 홈통 부재(30)의 종방향 길이("LT")(도 11a 참조)는 지점(31)으로부터 지점(32)까지 약 6 피트(약 2 미터) 길이로 측정되었다. 홈통 부재(30)의 단부(31)로부터 단부(32)까지의 수직 높이는 그 6 피트 길이(약 2 미터)에 걸쳐 약 1/4 내지 1/2"(약 6 내지 12.7 cm)였다(즉, 1°미만).
정화수(본 명세서에서 이하에 설명됨)가 예 1 내지 12 모두에서 액체(3)로서 사용되었다. V형 홈통 부재(30) 내의 물(3)의 깊이("d)(도 10b 참조)는 홈통 부재(30)를 따른 다양한 지점에서 약 7/16" 내지 약 1/2"(약 11 mm 내지 약 13 mm)였다. 깊이("d")는 댐(80)도 15a 및 도 15b에 도시되어 있음)의 사용을 통해 부분적으로 제어되었다. 구체적으로, 댐(80)은 단부(32) 부근에 제공되었고 깊이가 약 7/6" 내지 1/2"(약 11 내지 13 mm)가 되도록 깊이("d")(도 10b에 도시되어 있음)를 생성하는 것을 보조하였다. 댐(80)의 높이("j")는 약 1/4"(약 6 cm)로 측정되었고, 종방향 길이("k")는 약 1/2"(약 13 mm)로 측정되었다. 폭(도시되어 있지 않음)은 홈통 부재(30)의 바닥 치수("R")를 완전히 가로지른다. 따라서, V형 홈통 부재(30) 내의 물(3)의 총 체적은 그 작동 중에 약 26 in3(약 430 ml)이다.
홈통 부재(30) 내의 물(3)의 유량은 예가 실시되는 것에 따라 약 150 내지 200 ml/분이었다. 구체적으로, 예를 들어 예 1 내지 3에서 제조된 은 기반 및 구리 기반 나노입자/용액 원재료는 모두 약 200 ml/분의 유량을 이용하였고, 예 4에서 제조된 아연 기반 나노입자/용액 원재료는 약 150 ml/분의 유량을 이용하였다. 물(3)의 이러한 유동은 정격 0.1 마력 10 내지 660 rpm인 마스터플렉스(Masterflex)
Figure pct00004
L/S 펌프 드라이브(40)를 이용함으로써 얻어졌다. 마스터플렉스
Figure pct00005
펌프(40)의 모델 번호는 77300-40이었다. 펌프 드라이브는 이지-로드(Easy-Load) 모델 번호 7518-10으로서 알려진 마스터플렉스
Figure pct00006
에 의해 또한 제조된 펌프 헤드를 가졌다. 일반적으로, 펌프(40)의 헤드는 연동 헤드로서 알려져 있다. 펌프(40) 및 헤드는 마스터플렉스
Figure pct00007
LS 디지털 모듈러 드라이브에 의해 제어되었다. 디지털 모듈러 드라이브의 모델 번호는 77300-80이다. 디지털 모듈러 드라이브의 정확한 설정은 예를 들어 예 4에서 150 mm/min이고, 다른 예 1 내지 3 및 5에서는 200 ml/min이었다. 1/4"의 직경(즉, 크기 06419-25)을 갖는 타이곤(Tygon)
Figure pct00008
튜빙이 연동 헤드 내에 배치되었다. 튜빙은 마스터플렉스
Figure pct00009
에 대해 생 고뱅(Saint Gobain)에 의해 제조되었다. 튜빙의 일 단부는 그 내부에 위치된 유동 확산 수단에 의해 홈통 부재(30)의 제1 단부(31)에 전달되었다. 유동 확산 수단은 홈통 부재(30) 내로 도입된 물(3) 내의 장애물 및 기포 뿐만 아니라 연동 펌프(40)에 의해 생성된 임의의 펄스 조건을 최소화하도록 의도되었다. 이와 관련하여, 작은 저장조가 확산 수단으로서 기능하였고 홈통 부재(30)의 단부(31) 상부에 수직으로 지점에 제공되어 저장조가 범람할 때 V형 홈통 부재(30)의 단부(31) 내로의 비교적 안정한 물(3)의 유동이 발생하였다.
추가적으로, 제어 디바이스(20)의 플라스틱 부분은 또한 약 1/8"(약 3 mm)의 두께를 갖는 플렉시글래스로 제조되었다. 도 27을 참조하면, 제어 디바이스(20)는 약 4"(약 10 cm)인 치수 "w"와 약 7.5"(약 19 cm)인 치수 "L"을 가졌다. 기부(25)의 두께는 약 1/4"(약 0.5 cm)였다. 도 27에 도시되어 있는 다른 구성 요소의 모두는 거의 축적대로 도시되어 있다. 표면(25', 25")에 부착된 모든 개별 구성 요소는 또한 소정 크기로 절단되어 적소에 접착된 플렉시글래스로 제조되었다.
도 16b 및 도 16c와 관련하여, 개별 전극 세트(세트 1, 세트 2, 세트 3 내지 세트 8)가 8개의 개별 제어 디바이스(20)에 부착되었다. 표 3 내지 7의 각각은 "세트 #"로 8개의 전극 세트의 각각을 칭하고 있다. 또한, 임의의 세트 #에서, 도 3a 및 도 3c에 도시되어 있는 전극 조립체와 유사한 전극(1, 5)이 이용되었다. 8개의 전극 세트의 각각의 전극은 특정 타겟 전압 범위 내에서 작동하도록 설정되었다. 실제 타겟 전압은 표 3 내지 7의 각각에 열거되어 있다. 각각의 전극 세트로부터 인접한 전극 세트까지의 거리("c-c")(도 14 참조)가 또한 표현되어 있다. 또한, 이용된 임의의 전극(들)(1)과 관련된 거리("x")가 또한 보고되었다. 임의의 전극(5)에서, 어떠한 거리("x")도 보고되지 않았다. 다른 관련 거리가 예를 들어 표 3 내지 7에 보고되었다.
이용된 각각의 전극(1)의 크기 및 형상은 대략 동일하였다. 각각의 전극(1)의 형상은 약 14 mm×23 mm×27 mm의 척도를 갖는 직각 삼각형의 것이었다. 각각의 전극(1)의 두께는 약 1 mm였다. 각각의 삼각형 전극(1)은 또한 그 기부에서 그를 통한 정공을 가졌는데, 이 정공은 23 mm 및 27 mm 측면에 의해 형성된 첨단이 물(3)의 표면을 향해 날카로워지는 것을 허용하였다. 각각의 전극(1)을 포함하는 재료는 본 명세서에서 달리 언급되지 않으면 99.95% 순(즉, 3N5)이다. 은이 각각의 전극(1)에 사용될 때, 각각의 전극의 중량은 약 2 그램이었다. 아연이 각각의 전극(1)에 사용될 때, 각각의 전극의 중량은 약 1.1 그램이었다. 구리가 각각의 전극(1)에 사용될 때, 각각의 전극의 중량은 약 1.5 그램이었다.
삼각형 전극(1)을 변압기(60)에 부착하는데 사용된 와이어는 예 1 내지 4에서 약 1.016 mm의 직경을 갖는 99.95%(3N5) 은 와이어였다. 예 5에서 삼각형 전극(1)을 부착하는데 사용된 와이어는 또한 약 1.016 mm의 직경을 갖는 99.95% 순(3N5) 구리 와이어였다. 따라서, 작은 루프의 와이어가 그에 전기적으로 접속하도록 각각의 전극(1) 내의 정공을 통해 배치되었다.
각각의 전극(5)을 위해 사용된 와이어는 약 1.016 mm의 직경을 각각 갖는 99.95% 순(3N5)을 포함하였다. 예 1 내지 3에서의 전극(5)의 조성은 은이었고, 예 4에서는 아연이었고, 예 5에서는 구리였다. 전극(1/5)을 위한 모든 재료는 미국 97520 오레건주 애쉬랜드 벤슨 웨이 1050 소재의 ESPI로부터 얻어졌다.
홈통 부재(30) 내로의 입력으로서의 예 1 내지 12에 사용된 물(3)은 역삼투 프로세스 및 탈이온화 프로세스에 의해 생성된다. 본질적으로, 역삼투(RO)는 지표수로부터 용해되고 그리고/또는 현탁된 물질인 종을 분리하는 압력 구동식 멤브레인 분리 프로세스이다. 이는 압력이 삼투의 자연 유동을 역전시키도록 인가되기 때문에(이는 멤브레인의 양 측면 상의 재료의 농도의 균형을 추구함) "역"삼투라 칭한다. 인가된 압력은 물을 멤브레인을 통해 강제 이동시켜 멤브레인의 일 측면 상에 오염물을 다른 측면 상에 정화수를 남겨둔다. 역삼투 멤브레인은 함께 접합되어 플라스틱 튜브 둘레에 나선형 형태로 감겨진 다수의 얇은 층 또는 시트를 이용한다. (이는 또한 박막 복합재 또는 TFC 멤브레인으로서 알려져 있다.) 용해된 종의 제거에 추가하여, RO 멤브레인은 또한 물 내에 존재할 수 있는 미생물을 포함하는 현탁된 재료를 분리한다. RO 프로세싱 후에 혼합된 베드 탈이온화 필터가 사용되었다. 양 처리 후의 총 용해된 용매("TDS")는 어큐멧(Accumet)
Figure pct00010
AR20 pH/전도도 계량기에 의해 측정된 바와 같이 약 0.2 ppm이었다.
예 1
은 기반 나노입자/나노입자 용액( AT059 및 AT038 )의 제조
이 예는 99.95% 순은 전극(1, 5)을 이용한다. 표 3은 전극 디자인, 위치 및 작동 전압의 부분을 요약하고 있다. 표 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 타겟 전압은 최저 약 550 볼트, 최고 약 2,100 볼트로 설정되었다.
또한, 8개의 전극 세트(세트 #1 내지 세트 #8)의 각각 내의 각각의 전극에 대한 실제 및 타겟 전압의 막대 차트가 도 37a에 도시되어 있다. 또한, 실제 기록된 전압 뿐만 아니라 날짜의 함수가 도 37b 내지 도 37i의 각각에 도시되어 있다. 따라서, 표 3 뿐만 아니라 도 37a 내지 도 37i에 포함된 데이터는 각각의 전극 세트의 전극 디자인 뿐만 아니라 제조 프로세스 동안의 각각의 전극에 인가된 타겟 및 실제 전압의 완전한 이해를 제공한다.
<표 3>
AT 059
유량: 200 ml/min
실온 23℃
상대 습도 23%
Figure pct00011
* 물 입구로부터 제1 전극 세트의 중심까지의 거리
** 최종 전극의 중심으로부터 물 출구까지의 거리
예 2
은 기반 나노입자/나노입자 용액( AT060 및 AT036 )의 제조
표 4는 전극 세트 디자인, 전압, 거리 등에 관한 표 3에 나타낸 데이터와 유사한 정보를 포함하고 있다. 표 4로부터, 전극 구성 세트 #1 및 세트 #2는 표 3 및 예 1의 세트 # 1 내지 8과 동일하다는 것이 명백하다. 또한, 전극 세트 3 내지 8은 모두 동일한 방식으로 구성되고 여기서 세트 #1 및 세트 #2와는 상이한 전극 구성에 대응하며, 이 전극 구성은 도 8c에 도시되어 있는 구성에 대응한다.
<표 4>
AT 060
유량: 200 ml/min
실온 23℃
상대 습도 23%
Figure pct00012
* 물 입구로부터 제1 전극 세트의 중심까지의 거리
** 최종 전극의 중심으로부터 물 출구까지의 거리
도 38a는 8개의 전극 세트(즉, 세트 #1 내지 세트 #8)의 각각 내의 각각의 전극에 대한 타겟 및 실제 평균 전압의 막대 차트를 도시하고 있다.
도 38b 내지 도 38i는 8개의 전극 세트의 각각에 대한 전극에 인가된 실제 전압을 도시하고 있다.
예 2에 따라 생성된 생성물은 본 명세서에서 "AT060"이라 칭한다.
예 3
은 기반 나노입자/나노입자 용액( AT031 )의 제조
본 명세서의 표 5는 "AT031"이라 칭하는 이 예에서 형성된 생성물을 형성하는데 이용된 8개의 전극 세트(즉, 세트 #1 내지 세트 #8)의 각각 내의 16개의 전극의 각각에 대한 4개의 전극 디자인 및 타겟 전압을 설명하고 있다.
<표 5>
AT 031
유량: 200 ml/min
실온 22.5℃
상대 습도 47%
Figure pct00013
* 물 입구로부터 제1 전극 세트의 중심까지의 거리
** 최종 전극의 중심으로부터 물 출구까지의 거리
도 39a는 8개의 전극 세트의 각각 내의 16개의 전극의 각각에 인가된 타겟 및 실제 평균 전압의 막대 차트를 도시하고 있다.
도 39b 내지 도 39i는 시간의 함수로서의 8개의 전극 세트의 각각 내의 16개의 전극의 각각에 인가된 실제 전압을 도시하고 있다.
전극 세트 #1은 예 1 및 2(즉, 1/5의 전극 구성)의 각각에서와 이 예 3에서 동일하였다는 것을 주목해야 한다. 다른 1/5 구성이 다른 전극 세트의 각각에 대해 이용되었는데, 즉 세트 #2 및 세트 # 5 내지 8은 모두 5/5 구성에 따른 방식으로 구성되었다.
예 4
아연 기반 나노입자/나노입자 용액( BT006 및 BT004 )의 제조
본 명세서에서 "BT006"이라 표시된 재료가 예 4의 개시 내용에 따라 제조되었다. 예 1 내지 3과 유사하게, 여기서의 표 6은 8개의 전극 세트(즉, 세트 #1 내지 세트 #8)의 각각 내의 정확한 전극 구성을 개시하고 있다. 마찬가지로, 타겟 및 실제 전압, 거리 등이 또한 보고되었다. 예 4의 전극 세트 조립체는, 99.95% 순 아연이 단지 전극(5)에만 사용된 것을 제외하고는 예 1에서 사용된 전극 세트 조립체와 유사하다는 것을 주목해야 한다. 전극(1)의 삼각형 부분은 또한 동일한 순 아연을 포함하지만, 삼각형 전극으로의 전기 접속부는 모두 본 명세서에서 전술된 99.95% 순은 와이어였다. 또한, 반응물(3)의 유량은 모든 다른 예에서보다 이 예에서 낮았다.
<표 6>
BT 06
유량: 150 ml/min
실온 73.2 내지 74.5℉
상대 습도 21 내지 22%
Figure pct00014
* 물 입구로부터 제1 전극 세트의 중심까지의 거리
** 최종 전극의 중심으로부터 물 출구까지의 거리
도 40a는 8개의 전극 세트 내의 16개의 전극의 각각에 대해 이용된 타겟 및 실제 인가 평균 전압의 막대 차트를 도시하고 있다. 또한, 도 40b 내지 도 40i는 시간의 함수로서의 16개의 전극의 각각에 인가된 실제 전압을 도시하고 있다.
예 5
구리 기반 나노입자/나노입자 용액( CT006 )의 제조
"CT006"이라 표시된 구리 기반 나노입자 용액이 예 5에 개시되어 있는 절차에 따라 제조되었다. 이와 관련하여, 표 7은 8개의 전극 세트 내의 16개의 전극의 각각과 관련된 영구적인 작동 파라미터를 설명하고 있다.
<표 7>
BT 06
유량: 200 ml/min
상대 습도 48%
실온 23.1℃
Figure pct00015
* 물 입구로부터 제1 전극 세트의 중심까지의 거리
** 최종 전극의 중심으로부터 물 출구까지의 거리
또한, 도 41a는 8개의 전극 세트 내의 16개의 전극의 각각에 인가된 평균 실제 전압의 각각의 막대 차트를 도시하고 있다. 전극 구성은 예 1 내지 4의 각각에서의 전극 구성과는 약간 상이하다는 것을 주목해야 한다. 구체적으로, 전극 세트 #1 및 3은 1/5 구성을 갖고, 모든 다른 세트는 5/5 구성을 가졌다.
도 41b 내지 도 41i는 시간의 함수로서의 16개의 전극의 각각에 인가된 실제 전압을 도시하고 있다. 상기와 같이, 전극(들)1, 5)의 각각에 이용된 와이어는 약 0.04"(1.016 mm)의 직경 및 99.95% 순도의 와이어를 포함하였다.
예 1 내지 5의 재료 및 이들의 혼합물의 특정화
예 1 내지 3 각각에서 제조된 은 기반 나노입자 및 나노입자/용액(AT059/AT038, AT060/AT036 및 AT031), 뿐만 아니라 예 4에서 제조된 아연 나노입자 및 나노입자/용액(BT004) 및 예 5에서 제조된 구리 나노입자 및 나노입자 기반/용액(CT-006)의 각각이 다양한 기술에 의해 물리적으로 특정화되었다. 구체적으로, 본 명세서의 표 8 및 표 9는 예 1 내지 5에 따라 제조된 5개의 "원재료" 뿐만 아니라 그로부터 제조된 10개의 용액 또는 혼합물의 각각을 나타내고 있고, 용액의 각각은 "GR1 내지 GR10" 또는 GR1B 내지 GB10B로 표시된다. "원재료"의 각각의 체적당량이 제조된 10개의 용액의 각각에 대해 보고되었다. 또한, 원자 흡수 분광("AAS")이 예 1 내지 5의 원재료 뿐만 아니라 그로부터 유도된 10개의 용액(GR1 내지 GR10)의 각각에 수행되었다. 그 내부의 은 성분, 아연 성분 및/또는 구리 성분의 양이 따라서 결정되었다. 원자 흡수 분광 결과(AAS)는 금속 기반 성분에 의해 보고되었다.
<표 8>
Figure pct00016
AAS 값이 퍼킨 엘머 에이애널리스트(Perkin Elmer AAnalyst) 300 분광계 시스템으로부터 얻어졌다. 예 1 내지 5 및 용액(GR1 내지 GR10)으로부터의 샘플은 소량의 질산 또는 염화수소산(일반적으로, 최종 체적의 2%)의 첨가에 의해 이어서 결과의 정확도를 향상시키기 위해 특정 요소의 바람직한 특정의 농도 범위 또는 선형 범위로의 희석에 의해 준비되었다. "바람직한" 범위는 생성물 전개 중에 설정된 생성물 파라미터에 기초하는 크기 추정치의 정도이다. 순금속 분석을 위해, 공지된 양의 공급 원료 재료가 공지된 양의 산 내에서 증해되어(digested) 흡광도의 신호 강도가 공차 한계 내에 더 구체적으로는 선형 범위로서 더 잘 알려진 검출기 설정의 가장 정확한 범위 내에 있는 것을 보장하도록 희석된다.
퍼킨 엘머 에이애널리스트 300 시스템에 대한 특정 작동 절차는 이하와 같다.
I) 원리
퍼킨 엘머 에이애널리스트 300 시스템은 유니버설 젬팁 연무기(Universal GemTip nebulizeer) 및 원자 흡수 분광계를 갖는 고효율 버너 시스템으로 이루어진다. 버너 시스템은 화학적 화합물을 해리하는데 필요한 열 에너지를 제공하여, 원자 흡수가 발생하도록 하는 자유 분석물 원자를 제공한다. 분광계는 주 광원으로서 중공 음극 램프, 단색화 장치 및 검출기를 사용하여 특정 파장에서 흡수된 광량을 측정한다. 중수소 아크 램프는 원자 구름 내의 비원자 종에 의해 발생된 배경 흡수를 보정한다.
II ) 도구 셋업
A) 비어있는 폐기물 컨테이너가 마킹됨. 배수 튜빙에 탈이온화수를 첨가하여 물이 배수 시스템 부유 조립체 내에 존재하는 것을 보장함.
B) 분석될 분석물을 위한 적절한 중공 음극 램프가 터릿 내에 적절하게 설치되는 것을 보장함.
C) 에이애널리스트 300 및 컴퓨터를 턴온함.
E) 에이애널리스트 300은 대략 3분 동안 워밍업된 후에, 에이에이윈 애널리스트(AAWin Analyst) 소프트웨어를 시동함.
F) 분석될 방법을 호출함.
G) 정확한 디폴트 조건이 입력되는 것을 보장함.
H) 중공 음극 램프를 정렬함.
1) 적절한 피크 및 에너지 레벨이 특정 램프에 대해 설정되었는지를 점검함.
2) 최대 에너지를 얻기 위해 램프 설정의 전력 및 주파수를 조정함.
I) 파라미터 엔트리, 옵션, 저장 및 #의 변화 방법을 저장함.
J) 버너 높이를 조정함.
1) 광빔의 위치를 확인하기 위해 버너의 후방에 백색 종이 시트를 배치함.
2) 수직 조정 손잡이로 광빔의 아래로 버너 헤드를 하강시킴.
3) 흡수값을 표시하기 위해 Cont(연속)를 누름.
4) 오토제로(autozero)를 위해 A/Z를 누름.
5) 디스플레이가 약간의 흡수(0.002)를 지시할 때까지 수직 조정 손잡이로 버너 헤드를 상승시킴. 디스플레이가 제로로 복귀할 때까지 헤드를 천천히 하강시킴. 조정을 완료하기 위해 추가의 1/4 회전만큼 헤드를 하강시킴.
K) 화염 점화
1) 흄 후드(Fume Hood) 스위치를 턴온함.
2) 공기 압축기 밸브를 개방함. 압력을 50 내지 65 psi(344 내지 448 kPa)로 설정함.
3) 아세틸렌 가스 실린더 밸브를 개방함. 출력 압력을 12 내지 14 psi(82.7 내지 96.5 kPa)로 설정함. 압력이 85 psi(586 kPa)로 하강될 때 실린더를 교환하여 아세톤의 존재로부터의 밸브 및 튜빙 손상을 방지함.
4) 가스 온/오프를 누름. 산화제 유동을 4 단위로 조정함.
5) 가스 온/오프를 누름. 아세틸렌 가스 유동을 2 단위로 조정함.
6) 화염 온/오프를 눌러 화염을 턴온함.
주: 보호 자외선 방사선 안경이 없이 램프 또는 화염을 직접 보지 말 것.
L) 버너 헤드를 통해 탈이온화수를 다수회 흡인함.
M) 버너 위치 및 연무기를 조정함.
1) 대략 0.2 흡광도 단위의 신호를 갖는 표준을 흡인함.
2) 수평 및 회전 조정 손잡이를 회전시킴으로써 최대 버너 위치 흡수를 얻음.
3) 연무기 체결 링을 시계방향으로 회전시킴으로써 느슨하게 함. 연무기 조정 손잡이를 천천히 회전시켜 최대 흡수를 얻음. 손잡이를 체결 링으로 적소에 체결함.
주: 가스가 흡수되지 않는 파장에 있는 마그네슘과 같은 원소는 버너 및 연무기를 조정하기 위해 최적임.
N) 30분 동안 화염 및 램프를 워밍업 함.
III ) 교정 절차
A) 샘플 농도를 일괄하는 표준으로 교정함.
B) 윈에이에이 애널리스트 소프트웨어가 당신의 샘플 판독치에 대한 교정 곡선을 자동으로 생성할 것임. 그러나, 적절한 흡수가 각각의 교정 표준으로 설정되었는지를 확인하기 위해 점검함.
C) 에이애널리스트 300 표준 곡선을 계산하기 위해 디폴트 조건에 표준 농도값을 입력함.
1) 유효 숫자를 사용하여 STD1에 대한 최하 표준의 농도를 입력함.
2) 상승 차수로 교정 곡선의 다른 표준의 농도 및 기울기 보정 표준(reslope standard)의 농도를 입력함.
3) 각각의 표준에 앞서 블랭크로 오토제로 실시함.
4) 표준 1을 흡인하고, 0 교정을 눌러 이전의 곡선을 소거함. 번호순으로 표준을 흡인함. 표준 번호를 누르고 각각의 표준을 교정함.
5) 인쇄를 눌러 그래프 및 상관 계수를 인쇄함.
6) 필요하다면 하나 또는 모든 표준을 재실행함. 표준 3을 재실행하기 위해, 표준을 흡인하고 3 교정을 누름.
7) 지정된 기울기 보정 표준을 흡인한 후에 기울기 보정을 누름으로써 표준 곡선을 기울기 보정함.
D) 상관 계수는 0.990 이상이어야 함.
E) 매 20개의 샘플마다 표준 및 제어와의 드리프트, 정확도 및 정밀도를 위해 교정 곡선을 점검함.
IV ) 분석 절차
A) 각각의 표준, 제어 및 샘플에 앞서 블랭크로 오토제로 실시함.
B) 샘플을 흡인하고 샘플 판독을 누름. 소프트웨어는 흡수의 3개의 판독치를 취하고 이어서 이들 판독치를 평균화할 것임. 소프트웨어가 아이들을 나타낼 때까지 대기함. 표준 편차가 샘플 결과의 10% 초과이면 샘플을 재실행함.
V) 도구 정지
A) 5분 동안 5% 염화수소산(HCl) 및 10분 동안 탈이온화수를 흡인하여 버너 헤드를 세척함. 물로부터 모세관 튜브를 제거함.
B) 화염 온/오프를 눌러 화염을 턴오프함.
C) 공기 압축기 밸브를 폐쇄함.
D) 아세틸렌 실린더 밸브를 폐쇄함.
E) 가스 배출을 눌러 가스 라인으로부터 아세틸렌 가스를 라인으로부터 배출함. 실린더 압력은 제로로 강하되어야 함.
F) 소프트웨어를 빠져 나오고, 에이애널리스트 300을 전원 오프하고, 컴퓨터를 끔.
또한, 표 8의 최종 4개의 열은 "금속 PPM(이온성)" 및 O2(ppm), NO3(ppm) 및 "pH"를 개시하고 있다. 이들 수의 세트의 각각은 이온 선택성 전극 측정 기술을 이용함으로써 결정되었다. 특히, NICO 이온 분석기가 이용되었다. 표 8(및 표 9)의 이들 3개의 열의 각각 내의 데이터를 수집하기 위한 정확한 안정화 시간 및 실제 실험 절차는 바로 아래에 나타낸다.
정의:
안정화 시간 - 새로운 용액 내에 전극을 침지시킨 후에, mV 판독치는 일반적으로 수 mV 만큼 처음에 급속하게 강하하고, 이어서 ISE 멤브레인이 평형화하고 기준 전극 액체 접합 전위가 안정화함에 따라 점진적으로 그리고 점점 서서히 안정한 판독치로 강하한다. 이 평형은 완전하게 안정한 값에 도달하는데 최대 3 또는 4분 정도 소요될 수 있다. 때때로, 판독치는 짧은 기간의 안정화 후에 재차 상승하기 시작하는데 이 상승이 임의의 큰 정도로 진행되기 전에 판독이 최저점에서 이루어지는 것을 보장하는 것이 중요하다. 이 연구에서, 완전하게 안정한 판독치를 대기하는 것이 필요한 것이 아니라 만족스러운 결과가 미리 설정된 시간 후에 판독을 취함으로써 얻어질 수 있어 각각의 측정이 감쇠 곡선의 동일한 지점에서 이루어지게 되는 것으로 판명되었다. 최적의 성능을 위해, 이 감쇠 시간은 곡선의 더 얕은 부분에서 판독이 이루어지는 것을 보장하도록 적어도 2분이어야 하는 것이 판명되었다.
절차:
1. 사용될 각각의 전극(일반적으로 4개)에 대해 2개의 150 mL 비이커를 얻는다. 하나의 비이커는 용액 자체를 위해 사용될 것이고, 다른 비이커는 DI H2O로 충전되어 각각의 용액이 시험된 후에 각각의 전극의 멤브레인을 평형화할 것이다.
2. 사용되는 각각의 전극 및 각각의 비이커에 대해 대략 50 mL의 관심 용액을 얻는다(통상적으로, Ag, NO3, NO2 및 용액의 pH의 시험을 위해 약 200 mL).
3. 미리 적소에 배치되지 않으면, 각각의 요구되는 이온 선택성 전극 및 그 각각의 기준 전극을 적절한 용기 내에 배치하여 삽입한다. 양 이온 선택성 전극이 동일한 기준 전극의 사용을 필요로 하지 않으면 용기당 단지 하나의 전극 및 그 기준 전극만을 사용한다. 각각의 전극 및 그 대응 기준 전극으로부터 캡을 제거하고 이들을 전극 홀더 내에 배치한다.
4. NICO 이온 분석기 및 소프트웨어와 관련된 컴퓨터를 턴온하여 이를 작동시킨다.
5. 8-채널 이온 전극 분석기 소프트웨어를 열어 장비를 작동시킨다.
6. 각각의 이온 선택성 전극은 본 발명의 목적을 위해 가장 정확한 표준을 사용하여 교정되어야 한다. 이 교정은 기계가 턴온될 때마다 수행되어야 하고 가장 정확한 결과를 위해 각각의 개별 샘플이 시험되기 전에 교정되어야 한다. 각각의 이온 선택성 전극에 대해, 현재 시간에 1 ppm, 10 ppm 및 100 ppm은 본 발명의 용액 및 이들의 상대 판독치에 대해 가장 양호한 교정을 제공한다. "교정" 버튼을 소프트웨어 인터페이스 상에 배치하고 지시를 따른다.
7. 각각의 비이커는 DI H2O 헹굼되어 각각의 사용 전에 무보풀 천(lint-free cloth)으로 닦아냈다.
8. 각각의 "용액" 비이커를 대략 50 mL의 관심 용액으로 충전하고 각각의 "평형기" 비이커를 대략 100 mL의 DI H2O로 충전한다.
9. 각각의 전극을 "평형기" 비이커에 대략 15초 동안 배치하여 각각의 새로운 용액이 시험되기 전에 멤브레인이 동일한 상태 및 동등하게 되는 것을 보장한다.
10. DI H2O로부터 전극을 제거하고 무보풀 천으로 부드럽게 와이핑한다.
11. 전극을 용액 내에 배치하여 각각의 전극 및 기준 전극이 적어도 2 cm 침지되게 한다. 전극 및 비이커를 부드럽게 요동시켜 균질성을 보장하고 전극과 용액 사이에 있을 수 있는 임의의 공기 기포를 양호하게 제거한다.
12. 전극을 특정 용액에 대한 안정화 시간에 따라 2 내지 5분 동안 방해받지 않은 상태로 유지한다.
13. 조작자가 판독치를 만족하고 이것이 안정화 시간 중에 실행될 때, 소프트웨어를 사용하여 기록되어야 한다. "기록" 버튼을 누를 때에, 이 특정 세트의 데이터를 위한 파일명을 촉구될 것이다. 또한, 이들 판독치를 외부 스프레드시트 등으로 숫자를 전달하기 위해 사용될 수 있는 랩 북(lab book)에 기록한다.
14. 용액으로부터 전극을 제거하고 용액을 폐기한다.
15. DI H2O의 스트림으로 각각의 전극을 헹군다.
16. DI H2O로 각각의 150 mL 비이커를 헹군다.
17. 무보풀 천으로 전극 및 비이커의 모두를 건조시킨다.
18. 그 홀더로 각각의 전극을 복귀시키고 추가의 시험이 실행되지 않으면 캡을 교환한다.
단지 AT-031인 것을 제외하면 표 8(및 예 1 내지 5에서 설명됨)에 나타낸 데이터와 유사한 데이터를 포함하는 표 9가 본 명세서에서 또한 포함된다. 표 9의 데이터는 이러한 절차가 훨씬 이후의 시간 지점(몇개월 후)에서 수행되는 것을 제외하고는 예 1 내지 5로부터 복사된 절차로부터 도래한다. 표 9에 요약된 원재료 및 관련 용액은 원재료 뿐만 아니라 그로부터의 용액이 실질적으로 일정하다는 것을 나타낸다. 따라서, 프로세스는 매우 신뢰적이고 재현성이 있다.
<표 9>
Figure pct00017

스캐닝 전자 현미경법 / EDS
스캐닝 전자 현미경법이 예 1 내지 5에 따라 제조된 용액(GR1 내지 GR10) 및 원재료의 각각에 수행되었다.
도 42a 내지 도 42e는 각각 예 1 내지 5에서 제조된 5개의 원재료의 각각에 대응하는 스캐닝 전자 현미경에 대한 EDS 결과를 도시하고 있다.
도 42f 내지 도 42o는 표 8 및 표 9에 나타낸 10개의 용액의 각각에 대한 EDS 분석을 도시하고 있다.
XEDS 스펙트럼이 IXRF 시스템 디지털 프로세서에 결합된 EDAX 리튬 드리프트된 실리콘 검출기 시스템을 사용하여 얻어졌고, 이 IXRF 시스템 디지털 프로세서는 LaB6 전자 건을 갖는 AMRAY 1820 SEM과 인터페이스되었다. 생성된 모든 스펙트럼의 해석이 IXRF EDS2008, 버전 1.0 Rev E 데이터 수집 및 프로세싱 소프트웨어를 사용하여 수행되었다.
도구 하드웨어 및 소프트웨어 셋업은 방출된 에너지가 XEDS 검출기로의 최적의 경로를 갖도록 허용하면서 이미징 목적을 위해 전자 빔 아래에 관심 영역이 있도록 하기 위해 SEM 내에서 이러한 방식으로 샘플 스테이지 상에 각각의 실행 ID로부터 액체 샘플을 위치 설정하는 것을 포함한다. 샘플은 통상적으로 최종 렌즈에 대해 구경의 약 18 mm 아래에 위치되고 XEDS 검출기를 향해 18°로 공칭적으로 경사진다. 모든 작업은 약 10-6 torr로 유지된 진공 챔버 내에서 성취되었다.
최종 렌즈 구경은 200 내지 300 ㎛ 직경으로 조정되고 빔 스폿 크기는 디지털 "펄스" 프로세서를 위한 적절한 x-선 광자 카운트율을 성취하도록 조정된다. 데이터 수집 기간은 15%의 "부동 시간(dead time)"을 갖고 200 내지 300초의 범위이다.
액체 샘플 용액의 분취량(aliquot)이 AuPd 스퍼터링된 글래스 슬라이드 상에 배치되고, 이어서 용액을 동결 건조하거나 건조 질소 가스 유동 아래에서 용액을 건조하여 현탁액으로부터 미립자를 생성하는 탈수 단계가 이어졌다. 미립자의 특성에 기인하여, 어떠한 2차 코팅도 이미징 또는 XEDS 분석에 대해 요구되지 않는다.
도 43a(i-iv) 내지 도 43e(i-iv)는 예 1 내지 5에서 생성된 재료의 각각의 동결 건조, 뿐만 아니라 표 8 및 표 9에 기록된 용액(GR1 내지 GR10)의 각각의 동결 건조에 각각 대응하는 4개의 상이한 배율에서의 현미경 사진을 개시하고 있다. 구체적으로, 도 43f(i-iv) 내지 도 43o(i-iv)는 각각 용액(GR1 내지 GR10)에 대응한다. 모든 현미경 사진은 LaB6 전자 건을 갖는 AMRAY 1820 SEM으로 생성되었다. 배율 크기 렌즈가 각각의 현미경 사진에 도시되어 있다.
투과 전자 현미경법
투과 전자 현미경법이 GR5 및 GR8을 제조하는데 사용된 성분에 대응하는 원재료, 뿐만 아니라 용액(GR5 및 GR8)에 수행되었다. 구체적으로, 추가의 실행이 AT031(즉, GR5 내의 은 성분)과 관련된 이들 생산 파라미터에 대응하여 수행되었고, 추가의 실행이 AT060(즉, GR8 내의 은 성분)과 관련된 이들 생산 파라미터에 대응하여 수행되었고, 추가의 실행이 BT006(즉, GR5 및 GR8의 모두에 사용된 아연 성분)과 관련된 이들 생산 파라미터에 대응하여 수행되었다. 성분들은 이어서 본 명세서에서 전술된 바와 유사한 방식으로 함께 혼합되어 미리 제조된 GR5 및 GR8에 동등한 용액을 생성하였다.
도 43p(i) 내지 도 43p(iii)은 AT031을 제조하는데 사용된 생산 파라미터에 대응하여 제조된 은 성분의 3개의 상이한 배율의 TEM 현미경 사진을 개시하고 있다.
도 43q(i) 내지 도 43q(vi)은 AT060을 제조하는데 사용된 생산 파라미터에 대응하여 제조된 은 성분의 3개의 상이한 배율에서 취한 6개의 상이한 TEM 현미경 사진을 개시하고 있다.
도 43r(i) 내지 도 43r(ii)는 BT006을 제조하는데 사용된 생산 파라미터에 따라 제조된 아연 성분의 2개의 상이한 배율에서 취한 2개의 상이한 TEM 현미경 사진을 개시하고 있다.
도 43s(i) 내지 도 43s(v)는 용액(GR5)의 3개의 상이한 배율에서 취한 5개의 상이한 TEM 현미경 사진을 개시하고 있다.
도 43t(i) 내지 도 43t(x)은 용액(GR8)의 3개의 상이한 배율에서 취한 10개의 상이한 TEM 현미경 사진을 개시하고 있다.
TEM 현미경 사진의 각각에 대한 샘플이 실온에서 준비되었다. 구체적으로, 4 마이크로리터의 각각의 액체 샘플이 필터 페이퍼(과잉의 액체를 위킹하는데 사용됨)의 상부에 위치되는 다공성 탄소 필름 상에 배치되었다. 필터 페이퍼는 건조 스폿으로 이동되고, 이 절차는 반복되어 다공성 탄소 필름의 일 부분과 접촉되는 총 8 마이크로리터의 각각의 액체 샘플을 생성하였다. 탄소 필름 격자는 이어서 단일의 경사진 홀더에 장착되어 15분 동안 JEOL 2100 CryoTEM의 로드록(loadlock)에 배치되었다. 샘플은 이어서 열 내로 도입되었고 TEM 현미경 작업이 수행되었다.
JEOL 2100 CryoTEM은 200 kV 가속 전위에서 작동되었다. 이미지가 초고 감도의 가탄(Gatan) 디지털 카메라 상에 기록되었다. 통상적인 조건은 50 미크론 응축기 구경, 스폿 크기 2 및 알파 3이었다.
이들 TEM 현미경 사진은 도 43p의 이들 입자(즉, GR05 내의 은 성분에 대응하는 것들)의 평균 입경이 도 43q에 도시되어 있는 이들 입자(즉, GR8의 은 성분에 대응하는 것들)보다 작다는 것을 명백히 나타내고 있다. 또한, 결정 평면은 도 43p 및 도 43q의 양 세트에 명백히 도시되어 있다. 더욱이, 도 43q는 별개의 결정 파셋의 전개를 도시하고 있는데, 이들 중 일부가 은에 대해 공지된 111 입방 구조에 대응한다.
TEM 현미경 사진(43r)은 아연의 임의의 상당한 결정화를 나타내지 않는다.
TEM 현미경 사진(43s)[용액(GR5)에 대응함]은 또한 도 43p에 도시되어 있는 바와 유사한 은 특징을 나타내고, 현미경 사진(43t)[즉, 용액(GR8)에 대응함]은 또한 도 43q에 도시되어 있는 바와 유사한 특징을 나타내고 있다.
따라서, 이들 TEM 현미경 사진은 GR8과 관련된 이들 은 기반 나노입자와 비교할 때 GR5를 제조하는데 이용된 프로세싱 파라미터가 다소 작은 은 기반 나노입자를 생성한다는 것을 제안하고 있다. GR5와 GR8 사이의 생성 파라미터의 주요한 차이점은 각각의 용액 내에서 은 성분을 제조하는데 사용된 2개의 조정 가능한 플라즈마(4)의 위치였다. GR5 및 GR8의 모두 내의 아연 성분은 동일하다. 그러나, GR5 내의 은 성분은 제1 전극 세트 및 제4 전극 세트에 위치된 조정 가능한 플라즈마(4)에 의해 제조되고, 반면에 GR8 내의 은 성분은 제1 및 제2 전극 세트에 위치된 조정 가능한 플라즈마(4)에 의해 제조된다.
UV - Vis 분광법
에너지 흡수 스펙트럼이 UV-Vis 현미경 사진법을 사용하여 얻어졌다. 이 정보는 190 nm 내지 1100 nm의 파장 범위를 스캐닝할 수 있는 이중 빔 스캐닝 분광기를 사용하여 취득되었다. 2개의 UV-Vis 분광계가 흡수 스펙트럼을 수집하는데 사용되었는데, 이들은 자스코(Jasco) V530 및 자스코 MSV350였다. 도구는 다수의 용융 쿼츠(fuzed-quartz) 샘플 홀더 또는 "큐벳(cuvette)" 중 하나를 사용하여 저농도 액체 샘플의 측정을 지지하도록 셋업되었다. 다양한 큐벳이 샘플의 10 mm, 1 mm 또는 0.1 mm 광학 경로에서 데이터가 수집되게 한다. 데이터는 이하의 파라미터, 즉 2 nm의 대역폭, 0.5 nm의 데이터 피치 및 물 기준선 배경을 갖거나 갖지 않는 파라미터에 의해 PMT 및 LED의 모두를 사용하여 상기 파장 범위에 걸쳐 취득되었다. 텅스텐 "할로겐" 및 수소 "D2" 에너지 소스의 모두가 1차 에너지 소스로서 사용되었다. 이들 분광계의 광학 경로는 에너지 빔이 샘플 큐벳의 중심을 향해 초점을 갖는 샘플을 통과할 수 있도록 셋업되었다. 샘플 준비는 큐벳을 충전하고 캡핑하고 이어서 완전히 포위된 샘플 격실 내에 큐벳 홀더 내로 샘플을 물리적으로 배치하는 것에 제한되었다. 관심 재료에 의한 에너지의 광학적인 흡수가 결정되었다. 데이터 출력이 측정되어 파장 및 주파수에 대한 흡광 단위[비어-람베르트(Beer-Lambert) 법칙에 따름]로서 표시되었다.
UV-가시 범위에서의 스펙트럼 서명이 예 1 내지 5에서 생성된 원재료의 각각 뿐만 아니라 표 8 및 표 9에 나타낸 용액(GR1 내지 GR10)의 각각에 대해 얻어졌다.
구체적으로, 도 44a는 약 190 nm 내지 600 nm의 파장을 갖는 5개의 원재료의 각각의 UV-Vis 스펙트럼 서명을 도시하고 있다.
도 44b는 동일한 파장 범위에 대한 10개의 용액(GR1 내지 GR10)의 각각에 대한 UV-Vis 스펙트럼 패턴을 도시하고 있다.
도 44c는 190 nm 내지 225 nm의 범위에 걸친 10개의 용액(GR1 내지 GR10)의 각각에 대한 UV-Vis 스펙트럼 패턴을 도시하고 있다.
도 44d는 약 240 nm 내지 500 nm의 파장 범위에 걸친 10개의 용액(GR1 내지 GR10)의 각각에 대한 UV-Vis 스펙트럼을 도시하고 있다.
도 44e는 약 245 nm 내지 450 nm의 파장 범위에 걸친 용액(GR1 내지 GR10)의 각각에 대한 UV-Vis 스펙트럼 패턴을 도시하고 있다.
도 44a 내지 도 44e의 각각에 대한 UV-Vis 스펙트럼 데이터는 자스코 V-530 UV-Vis 분광계로부터 얻어졌다. 각각의 UV-Vis 스펙트럼 패턴의 수집을 위한 관련 작동 조건이 도 44a 내지 도 44e에 도시되어 있다.
일반적으로, UV-Vis 분광법은 샘플에 의해 근자외광 및 가시광의 흡수의 파장 및 강도의 측정이다. 자외광 및 가시광은 더 높은 에너지 레벨로 외부 전자를 촉진하는데 충분히 활발하다. UV-Vis 분광법은 용액 내의 분자 및 무기 이온 또는 착화물에 적용될 수 있다.
UV-Vis 스펙트럼은 샘플 식별에 사용될 수 있지만 또한 정량적인 측정에 유용할 수 있는 광범위한 특징을 갖는다. 용액 내의 분석물의 농도는 몇몇 파장에서의 흡광도를 측정하고 비어-람베르트 법칙을 적용함으로써 결정될 수 있다.
이중 빔 UV-Vis 분광계가 사용되어 관심 샘플을 구체적으로 특징화하기 위해 용매(이 경우, 물)로부터 임의의 신호를 추출하였다. 이 경우, 본 명세서의 예 섹션에서 설명되는 역삼투 프로세스의 출구로부터 흡인되어 있는 공급 원료 물이 기준이다.
라만 분광법
라만 스펙트럼 서명이 도 45에 도시되어 있는 관련 작동 정보로 레니쇼 인비아 분광계(Renishaw Invia Spectrometer)를 사용하여 얻어졌다. 어떠한 상당한 차이도 라만 분광법을 사용하여 GR1 내지 GR10 혼합물의 각각에 대해 발견되지 않았다는 것을 주목해야 한다.
레이카(Leica) DL DM 현미경에 의한 반사 마이크로 분광 사진은 20x(NA=0.5) 물 침지 또는 5x(NA=.12) 건조 렌즈를 구비한다. 각각의 렌즈의 후방 구경은 확장된 레이저 빔 직경에 동일하거나 초과하도록 치수 설정되었다. 2개의 레이저 주파수가 사용되었는데, 이들은 514.5 nm에 대해 1/2 파워 셋업에서 멀티라인 50 mW 아르곤 레이저 및 633 nm에서의 20 mW HeNe 레이저이다. 높은 해상도 격자가 50 내지 4000 파수(1/cm)의 연속적인 스캔을 허용하는 분광기 광학 경로에 끼워졌다. 10 내지 20초 통합 시간(integration time)이 사용되었다. 샘플 유체는 50 ml 비이커 내에서 렌즈의 아래에 배치되었다. 양 레이저는 공진 대역을 조사하는데 사용되었는데, 20x 물 침지 렌즈는 주로 라만 스펙트럼을 얻는데 사용되었다. 샘플 크기는 약 25 ml였다. 5x 건조 렌즈로 이루어진 측정은 물 메니스커스(meniscus) 아래의 약 7 mm 체적을 인터로게이팅하기 위해 유체의 상부의 약 5 mm에 위치된 대상체로 이루어졌다. 샘플 내로 약 4 mm에 위치된 침지 측정은 20x 침지 렌즈에 의해 이루어져 샘플 공간 체적의 조사를 허용하였다. CCD 검출기 취득 영역이 신호 강도 및 신호 대 노이즈비를 최대화하도록 각각의 렌즈에 대해 개별적으로 조정되었다.
생물학적 특징
바이오스크린 결과
바이오스크린 씨 미생물 판독기가 예 1 내지 5에 따라 제조된 원재료, 뿐만 아니라 그로부터 제조된 10개의 용액(GR1 내지 GR10)의 유효성을 비교하는데 이용되었다. 바이오스크린 결과를 얻기 위한 특정 절차는 이하에 이어진다.
박테리아 스트레인
대장균이 접근 번호 25992 하에서 미국 미생물 보존 센터(ATCC)로부터 얻어졌다. 초기 펠릿은 트립티케이스 대두 액체배지(trypticase soy broth)[TSB, 미국 매릴랜드주 스팍스 소재의 벡톤 디킨슨 앤드 컴퍼니(Becton Dickinson and Company)]에서 재구성되어 10 ml의 TSB를 함유하는 배양 플라스크에 무균 전달되고 이어서 포르마(Forma) 3157 워터-자켓 인큐베이터[미국 매사추세츠주 왈탐 소재의 써모 사이언티픽(Thermo Scientific)] 내에서 37℃에서 야간 배양되었다.
박테리아의 유지 및 저장
박테리아 스트레인은 트립티케이스 대두 배지(trypticase soy agar)(TSA, 미국 매릴랜드주 스팍스 소재의 벡톤 디킨슨 앤드 컴퍼니) 플레이트에 유지되었고 분취량이 마이크로뱅크(MicroBank) 튜브[캐나다 온타리오 소재의 프로-랩 인코포레이티드(Pro-Lab Incorporated)] 내에서 -80℃에 극저온 저장되었다.
박테리아 배양균의 준비
마이크로뱅크 튜브는 실온에서 해동되어 뉴에이어 랩가드(NuAire Labgard) 440 생물학적 클래스 II 안전 캐비넷[미국 미네소타주 플라이마우스 소재의 뉴에이어 인크(NuAire Inc.)]에서 개방되었다. 살균 접종 니들을 사용하여, 하나의 마이크로뱅크 비드가 스톡 튜브로부터 바이오스크린 분석을 위해 10 ml의 트립티케이스 대두 액체배지(TSB, 미국 매릴랜드주 스팍스 소재의 벡톤 디킨슨 앤드 컴퍼니) 또는 MIC/MLC 분석을 위해 뮐러-힌톤 액체배지(MHB, 미국 매릴랜드주 스팍스 소재의 벡톤 디킨슨 앤드 컴퍼니) 내로 무균 전달되었다. 박테리아 스트레인의 야간 배양은 포르마 3157 워터-자켓 인큐베이터(미국 매사추세츠주 왈탐 소재의 써모 사이언티픽) 내에서 18시간 동안 37℃에서 성장되어 0.5 맥파랜드 탁도 표준(McFarland turbidity standard)으로 희석되었다. 이어서, 10-1 희석도의 맥파랜드 표준이 수행되어 1.0×107 CFU/ml의 근사 박테리아 카운트를 제공하였다. 최종 희석은 30분의 생성 이내에 사용되어 세포 성장에 기인하는 박테리아 밀도의 증가를 방지하였다.
나노입자 용액의 희석
나노입자 용액은 MHB 및 살균 dH2O 내에서 2x 시험 농도로 희석되어 총 1.5 ml의 체적을 산출하였다. 이 체적 중에, 750 ㎕는 MHB를 구성하고, 반면에 다른 750 ㎕는 가변량의 살균 dH2O 및 나노입자 용액을 구성하여 2x 농도의 시험되는 특정 나노입자를 제조하였다. 시험 희석(반응에 있어서의 최종 농도)은 매 0.5 ppm 간격에서 수행된 시험에 의해 0.5 ppm Ag 내지 6.0 ppm Ag 나노입자 농도의 범위였다.
바이오스크린 반응의 준비
나노입자 용액의 최소 억제 농도(MIC)를 결정하기 위해, 100 ㎕의 희석된 박테리아 배양물이 100 우물 마이크로티터(microtiter) 플레이트의 개별의 살균 우물[미국 뉴저지주 피스카타웨이 소재의 그로우스 커브스 유에스에이(Growth Curves USA)] 내에서 원하는 시험 농도에서 100 ㎕의 특정 나노입자 용액에 첨가되었다. 100 ㎕의 희석된 박테리아 배양물 및 100 ㎕의 1:1 MHB/살균 ddH2O 혼합물의 모두가 접종된 우물은 포지티브 제어부로서 기능하였고, 100 ㎕의 MHB 및 100 ㎕의 1:1 MHB/살균 ddH2O 혼합물을 갖는 우물은 반응에 대한 네거티브 제어부로서 기능하였다. 플레이트는 바이오스크린 씨 미생물 판독기(미국 뉴저지주 피스카타웨이 소재의 그로우스 커브스 유에스에이)의 트레이 내부에 배치되어 15시간 동안 일정한 37℃에서 배양되어 10분마다 광학 밀도(O.D.) 측정이 취해졌다. 각각의 O.D. 측정 전에, 플레이트는 중간 강도로 10초 동안 자동으로 요동되어 박테리아의 침전을 방지하고 균질한 반응 우물을 보장하였다.
MIC 및 MLC 의 모두의 결정
모든 데이터는 이지엑스페리먼트 소프트웨어(EZExperiment Software)(미국 뉴저지주 피스카타웨이 소재의 그로우스 커브스 유에스에이)를 사용하여 수집되어 마이크로소프트 엑셀(미국 워싱턴주 레드몬드 소재의 마이크로소프트 코포레이션)을 사용하여 분석되었다. 상이한 나노입자 용액으로 처리된 박테리아 스트레인의 성장 곡선이 구성되어 MIC가 결정되었다. MIC는 바이오스크린 씨 미생물 판독기를 사용하여 광학 밀도에 의해 측정될 때, 15시간 동안 박테리아 배양의 성장을 방지하는 최저 농도의 나노입자 용액으로서 정의되었다.
일단 MIC가 결정되면, MIC 및 후속의 더 높은 농도로부터의 시험 매체가 각각의 우물로부터 제거되어 적절하게 라벨 부착된 살균 에펜도르프(Eppendorf) 튜브 내의 농도에 따라 조합되었다. TSA 플레이트는 100 ㎕의 시험 매체로 배양되어 포르마 3157 워터-자켓 인큐베이터(미국 매사추세츠주 왈탐 소재의 써모 사이언티픽) 내에서 37℃에서 야간 배양되었다. 최소 치사 농도(MLC)는 TSA 상에서의 집단 성장에 의해 측정될 때 박테리아 배양물의 성장을 방지하는 최저 농도의 나노입자 용액으로서 정의되었다.
바이오스크린 실행의 결과는 도 46에 도시되어 있다. 원재료(AT031, AT059 및 AT060)는 적당한 성능을 갖고, 반면에 원재료(BT-006 및 CT-006)는 대장균의 성장을 전혀 느리게 하지 않았다는 것을 주목해야 한다. 이와 관련하여, 낮은 광학 밀도("OD")에서 곡선이 더 길게 잔류할수록 박테리아에 대한 성능이 더 양호하다.
대조적으로, 용액(GR1 내지 GR10)의 각각은 원재료(AT031, AT060 및 AT059)의 각각에 대해 우수한 성능을 나타냈다. 흥미롭게도, 아연 및 구리 나노입자의 모두와 관련된 이들 원재료와 은 나노입자와 관련된 원재료의 조합은 예측되지 않은 상조적인 결과를 생성하였다.
추가의 바이오스크린 결과가 도 47 및 도 48에 도시되어 있다. 이들 도면에 보고된 데이터는 "MIC" 데이터로서 알려져 있다. "MIC"는 최소 억제 농도를 의미한다. MIC 데이터는 단지 GR3 및 GR8에 대해서만 발생된다. 도 47 및 도 48의 각각 내의 데이터를 검토함으로부터 GR3 및 GR8에 대한 적절한 MIC 값이 약 2 내지 3 ppm이라는 것이 명백하다.
도 46에 도시되어 있는 예측되지 않은 적당한 결과에 기인하여, 예 4에 따라 제조된 원재료(BT-006)의 순차적인 첨가가 예 2에 따라 제조된 원재료(AT-060)에 첨가되었다(즉, 아연 기반 나노입자 용액이 은 기반 나노입자 용액에 첨가되었음). 존재하는 은의 양(원자 흡수 분광법에 의해 결정된 바와 같은)은 1 ppm으로 유지되었다. 그에 첨가된 나노입자 용액 내의 BT-006의 양은 도 49에 보고되어 있다. 대장균에 대한 향상된 항균 성능이 증가하는 양의 아연 나노입자 용액으로 성취되었는데, 즉 BT-006(예 4로부터의)이 그에 첨가되었다. 또한, 도 50a 내지 도 50c는 예 2로부터의 나노입자 용액에 조절된 물("GZA")을 첨가함으로써 대장균에 대한 성능을 나타내는 추가의 바이오스크린 정보를 도시하고 있다.
GZA 원재료는 플래티늄 전극(1/5) 구성이 아연 대신에 이용된 것을 제외하고는 BT-006 원재료와 유사한 방식으로 제조되었다.
동결-건조
도 54는 다른 세트의 바이오스크린 결과를 도시하고 있고, 여기서 GR5 및 GR8로서 본 명세서의 표 8 및 표 9에 참조되어 있는 용액은 대장균, 뿐만 아니라 먼저 완전히 동결 건조되어 그 후에 물[액체(3)]로 재수화되어 있는 동일한 용액에 대한 효능을 위해 비교되었고, 이러한 재수화는 동일한 원래 ppm을 초래하도록 실행되었다.
동결-건조는 플라스틱(날진) 컨테이너 내에 GR5 및 GR8 용액을 배치하고 100 밀리미터 미만의 진공 및 약 -52℃의 온도에서 유지되어 있는 벤치탑(BenchTop) 2K 동결 건조기[버티스(Virtis)에 의해 제조됨] 내에 플라스틱 컨테이너를 배치함으로써 성취되었다. 약 10 내지 20 ml의 용액이 야간 중에 동결-건조될 것이다.
도 54에 도시되어 있는 바와 같이, 동결 건조된 및 재수화된 나노입자는 원래 GR5 및 GR8 용액의 성능과 동일하다.
포유류 세포의 생존성 /세포 독성 시험
이하의 절차가 세포 생존성 및/또는 세포 독성 측정을 얻기 위해 이용되었다.
세포 라인
야생 생쥐(생쥐) 간 상피세포(접근 번호 CRL-1638) 및 사육 돼지(미니 피그) 콩팥 섬유아세포(접근 번호 CCL-166)가 미국 미생물 보존 센터(ATCC)로부터 얻어졌다.
동결 스톡으로부터의 세포 배양
세포 라인은 2분 동안 37℃에서 나프코(Napco) 230 물 욕조(미국 매사추세츠주 왈탐 소재의 써모 사이언티픽) 내에서 부드러운 교반에 의해 해동되었다. 미생물 오염을 감소시키기 위해, 동결 배양 병의 캡 및 O-링이 해동 중에 물 레벨 상부에 유지되었다. 배양 병의 내용물이 해동되자마자, 병은 물로부터 제거되었고, 95% 에탄올이 분무되었고, 뉴에이어 랩가드 440 생물학적 클래스 II 안전 캐비넷(미국 미네소타주 플라이마우스 소재의 뉴에이어 인크) 내로 전달되었다. 병 내용물은 이어서 살균 75 cm2 조직 배양 플라스크[미국 매사추세츠 로웰 소재의 코닝 라이프 사이언시즈(Corning Life Sciences)]로 전달되어 완전한 배양 매체의 추천양으로 희석되었다. 생쥐 간 상피세포 라인(CRL-1638)은 90% 덜베코의 개질된 독수리의 매체(Dulbecco's Modified Eagle's Medium)(미국 버지니아주 마나사스 소재의 ATCC) 및 10% 우태혈청(미국 버지니아주 마나사스 소재의 ATCC)으로 구성된 완전한 배양 매체 내의 전파를 요구하였고, 반면에 미니피그 콩팥 섬유아세포 라인(CCL-166)은 80% 덜베코의 개질된 독수리의 매체 및 20% 우태혈청으로 구성된 완전한 배양 매체 내에서 성장되었다. 세포 라인(CRL-1638)은 1:15 비율로 성장 매체로 희석되었고, 세포 라인(CCL-166)은 1:10 비율로 성장 매체로 희석되었다. 배양 플라스크는 이어서 뉴에이어 IR 오토플로우 워터-자켓 CO2 배양기(미국 미네소타주 플라이마우스 소재의 뉴에이어 인크.) 내에서 5% CO2 및 95% 가습된 분위기를 이용하여 약 37℃에서 배양되었다.
매체 갱신 및 성장 세포의 관리
매 2일마다, 오래된 성장 매체가 배양 플라스크로부터 제거되어 신선한 성장 매체로 교체되었다. 매일마다, 매체 내의 진균 집단 및 탁도와 같은 미생물 성장에 대한 관찰이 육안으로 이루어졌다. 추가적으로, 배양된 세포는 역전 위상 콘트라스트 현미경[미국 팬실배니아주 웨스트 체스터 소재의 브이더블유알 인터내셔널(VWR International)] 하에서 관찰되어 세포의 일반적인 건강 및 세포 융합의 모두가 점검되었다.
세포의 2차 배양
일단 세포가 대략 80% 융합 성장에 도달하면, 세포는 2차 배양을 위한 준비가 된 것으로 간주된다. 오래된 성장 매체는 제거되어 폐기되고 세포 시트는 5 ml의 예열된 트립신-EDTA 해리 용액(미국 버지니아주 마나사스 소재 ATCC)으로 헹굼되었다. 세포 시트와의 30초 접촉 후에, 트립신-EDTA는 제거되어 폐되었다. 전체 세포 단층의 모두가 커버되고 플라스크가 교반되지 않는 것을 보장하여, 3 ml 체적의 예열된 트립신-EDTA 용액이 세포 시트에 첨가되고 이어서 약 15분 동안 37℃에서의 배양 플라스크의 배양이 이어졌다. 세포 해리 후에, 트립신-EDTA는 약 6 ml의 완전한 성장 매체를 세포 배양 플라스크에 첨가하여 비활성되었고 이어서 세포를 흡인하기 위한 부드러운 피펫팅이 이어졌다.
세포를 카운팅하기 위해, 200 ㎕의 세포 현탁액이 15 ml 원심력 튜브(미국 매사추세츠 로웰 소재의 코닝 라이프 사이언시즈)에서 수집되었다. 300 ㎕의 포스페이트 완충된 염(미국 버지니아주 마나사스 소재 ATCC) 및 500 ㎕의 0.4% 트리판 블루 용액(미국 버지니아주 마나사스 소재 ATCC)이 수집된 세포 현탁액에 첨가되어 완전히 혼합되었다. 약 15분 동안 방치된 후에, 10 ㎕의 혼합물이 인사이토 C-칩 1회용 혈구측정기(hemacytometer)[대한민국 서울 소재의 인사이토(INCYTO)]의 각각의 챔버 내에 배치되었고, 여기서 세포는 제조업자의 지시에 따라 VWR 비스타비전 역전 위상 콘트라스트 현미경(미국 팬실배니아주 웨스트 체스터 소재의 브이더블유알 인터내셔널)에서 카운팅되었다. 현탁액 내의 세포의 농도는 혈구측정기로부터 얻어진 세포수에 기초하여 변환식을 사용하여 계산되었다.
세포 독성 시험
흑색의 투명한 저부의 세포 배양-처리된 마이크로티터 플레이트(미국 매사추세츠 로웰 소재의 코닝 라이프 사이언시즈)의 우물이 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 대략 1.7×10-4 세포를 포함하는 200 ㎕의 배양 매체로 파종되었다. 세포는 약 48시간 동안 5% CO2 및 95% 가습된 분위기를 이용하여 약 37℃에서 마이크로티터 플레이트 내에서 평형화되었다. 평형화 기간 후에, 배양 매체가 각각의 우물로부터 제거되어 플레이트의 열 3에서의 것들을 제외하고는 모든 우물 내의 100 ㎕의 신선한 성장 매체로 교체되었다. 하이드로나논(Hydronanon)TM 용액의 2x의 원하는 시험 농도로 보충된 100 ㎕ 체적의 신선한 매체가 표 10에 나타낸 바와 같이 각각의 우물 내에 배치되었다.
<표 10>
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표 10. 세포 독성 시험을 위한 마이크로우물 셋업. 플레이트의 모든 외부 우물(음영 영역)은 단지 200 ㎕의 배양 매체(세포 없음)만을 포함하여 실험을 위한 블랭크 비히클(vehicle) 제어부(VCb)로서 작용함. 포지티브 비히클 제어부로서, 우물 2B 내지 2G(VC1) 및 우물 11B 내지 11G(VC2)가 배양 매체 및 세포의 모두에 파종되었음. 최고 농도의 하이드로나논TM 용액이 우물 3B 내지 3D(C1)에 배치되었고, 7개의 20% 희석(C2 내지 C7)의 각각의 용액이 각각의 연속적인 우물 내에 존재하였음.
마이크로티터 플레이트는 24시간 동안 5% CO2 및 95% 가습된 분위기를 이용하여 처리 화합물로 배양되었다(37℃). 나노입자 용액으로의 배양 후에, 배양 매체는 제거되고 각각의 우물로부터 폐기되고 50 ㎕ dye/ml 매체의 농도에서 알라마 블루(Alamar Blue)TM[미국 캘리포니아주 카마릴로 소재의 바이오소스 인터내셔널(Biosource International)]를 포함하는 100 ㎕의 신선한 매체로 교체되었다. 플레이트는 약 10초 동안 손으로 부드럽게 요동되었고 2.5시간 동안 5% CO2 및 95% 가습된 분위기를 이용하여 약 37℃에서 배양되었다. 형광도가 이어서 544 nm의 여기 파장 및 590 nm의 방출 파장을 이용하여 각각의 우물에서 측정되었다. 형광도 측정은 랩시스템즈(미국 매사추세츠주 왈탐 소재의 써모 사이언티픽)에 의해 제조된 플루오로스칸(Fluroroskan) II 형광 분석기에서 수행되었다.
데이터 분석
나노입자 용액의 세포 독성은 비처리된 제어 세포에 비교할 때 처리 후에 생존 가능한 세포의 비율을 측정함으로써 결정되었다. 처리 후의 세포의 백분율 생존성이 이어서 계산되어 50 퍼센트의 세포 사멸이 발생되는(LC50) 나노입자의 농도를 생성하는데 사용되었다.
생존 능력/세포 독성 시험의 결과가 도면에 도시되어 있고 도 51a 내지 도 51h, 도 52a 내지 도 52f 및 도 53a 내지 도 53h에 도시되어 있다.
도 51a 및 도 51b와 관련하여, 용액("GR3")의 성능이 미니 피그 콩팥 섬유아세포(도 51a) 및 생쥐 간 상피세포(도 51b)의 모두에 대해 시험되었다.
유사하게, 도 51c 및 도 51d는 각각 콩팥 세포 및 생쥐 간 세포에 대한 GR5의 성능을 시험하였고, 도 51e 및 도 51f는 각각 콩팥 세포 및 간 세포에 대한 GR8의 성능을 시험하였고, 도 51g 및 도 51h는 각각 콩팥 세포 및 간 세포에 대한 GR9의 성능을 시험하였다.
도 51a 내지 도 51h의 각각에서, 2상 응답이 나타난다. 2상 응답은 각각의 용액 및 세포의 세트에 대해 상이한 농도에서 발생하지만, 일반적인 경향 또는 시험된 각각의 용액은 본 명세서의 실시예에 따라 생성된 나노입자의 특정 농도가 제어부에 대해 콩팥 및 간 세포의 각각에 대해 향상된 성장 속도를 나타내는 것을 나타내고 있다. 이와 관련하여, 100%(즉, 제어부)에 대응하는 점선 상부에 수직으로 있는 곡선 중 임의의 하나의 임의의 부분은 본 명세서에 전술된 생성된 형광부로부터 더 높은 형광 광도계를 판독을 가졌다. 따라서, 본 발명에 따라 제조된 입자 및/또는 나노입자 용액은 적어도 콩팥 및 간 세포를 포함하는 포유류 세포에 대해 향상된 성장 속도 효과를 가질 수 있는 것이 명백하다.
도 52a 내지 도 52f는 은 나노입자 농도 및 총 나노입자 농도의 모두의 더 좁은 응답 범위를 시험하였다. 도 52뮤, 도 52cd 및 도 52ef의 각각에서 용액 3, 5, 8의 각각에 대해 보고된 값 "LD50"은 은 기반 나노입자의 백만분율(도 52a, 도 52c 및 도 52e) 및 총 나노입자 백만분율(도 52b, 도 52d 및 도 52f에 대응함)에 대응한다. 은 나노입자 농도에 관련하여, LD50은 약 2.5 내지 5.4의 범위인 것이 명백하다. 대조적으로, 총 나노입자 용액에 대한 LD50은 약 6 내지 약 16으로 다양하다.
도 53a 내지 도 53h와 관련하여, "LD50" 측정이 미니 피그 콩팥 섬유 아세포에 대해 각각의 용액(GR3, GR5, GR8, GR9)에 대해 이루어졌다. 이들 도면의 각각에 도시되어 있는 바와 같이, 제공되어 있는 총 나노입자에 대한 "LD50" 값은 GR9에 대해 최저 약 4.3으로부터 GR5 및 GR8의 각각에 대해 최고 약 10.5 내지 11의 범위였다.
예 6
임의의 플라즈마를 사용하지 않는 은 기반 나노입자/나노입자
용액( AT098 , AT099 및 AT100 )의 제조
이 예는 예 1 내지 예 5의 용액을 제조하는데 사용된 동일한 기본 장치를 이용한다. 그러나, 이 예는 임의의 전극(들)(5)을 이용하지 않는다. 이 예는 각각의 전극(1)에 대해 99.95% 순은 전극을 이용한다. 표 11a, 표 11b 및 표 11c는 전극 디자인, 구성, 위치 및 작동 전압의 부분을 요약하고 있다. 표 11a, 표 11b 및 표 11c에 나타낸 바와 같이, 타겟 전압은 전극 세트 #8에서 최저 약 2,750 볼트로 전극 세트 #1 내지 3에서 최고 약 4,500 볼트로 설정되었다. 최고 4,500 볼트는 본질적으로 전극 세트 #1 내지 3에서의 각각의 전극(1, 1') 사이의 액체(3)의 최소 전도도에 기인하는 개방 회로에 대응한다.
또한, 각각의 전극 세트 내의 각각의 전극에 대한 실제 및 타겟 전압의 막대 차트가 도 55a, 도 55b 및 도 55c에 도시되어 있다. 따라서, 표 11a, 표 11b 및 표 11c, 뿐만 아니라 도 55a, 도 55b 및 도 55c에 포함된 데이터는 각각의 전극 세트 내의 전극 디자인 뿐만 아니라 본 발명의 제조 프로세스를 위한 각각의 전극에 인가된 타겟 및 실제 전압의 완전한 이해를 제공한다. 예 1 내지 5의 보고된 전극 구성과의 일관성을 유지하기 위해, 8개의 세트의 전극을 위한 공간이 표 11a, 표 11b 및 표 11c의 각각 내에 포함되어 있지만, 실행 ID "AT100"은 단지 실제로 사용된 8개의 세트의 전극의 유일한 실행이었다.
<표 11a>
실행 ID: AT 098
유량: 200 ml/min
Figure pct00019
* 물 입구로부터 제1 전극 세트의 중심까지의 거리
** 최종 전극의 중심으로부터 물 출구까지의 거리
<표 11b>
실행 ID: AT 099
유량: 200 ml/min
Figure pct00020
* 물 입구로부터 제1 전극 세트의 중심까지의 거리
** 최종 전극의 중심으로부터 물 출구까지의 거리
<표 11c>
실행 ID: AT 100
유량: 200 ml/min
Figure pct00021
* 물 입구로부터 제1 전극 세트의 중심까지의 거리
** 최종 전극의 중심으로부터 물 출구까지의 거리
원자 흡수 분광법(AAS) 샘플이 준비되고 측정값이 얻어졌다. 약간의 프로세스 수정이 본 명세서에 설명된 이들 AAS 절차에 통합되었다. 이들 프로세스 변화는 이하에 바로 포함되어 있다.
AAS 값이 예 1 내지 5에서와 같이 퍼킨 엘머 에이애널리스트 300 분광계 시스템으로부터 얻어졌다. 예 6 내지 12에 따라 제조된 샘플은 소량의 질산 또는 염화수소산(일반적으로, 최종 체적의 2 내지 4%)의 첨가에 의해 이어서 결과의 정확도를 향상시키기 위해 특정 요소의 바람직한 특정의 농도 범위 또는 선형 범위로의 희석에 의해 준비되었다. "바람직한" 범위는 생성물 전개 중에 설정된 생성물 파라미터에 기초하는 크기 추정치의 정도이다. 순금속 분석을 위해, 공지된 양의 공급 원료 재료가 공지된 양의 산 내에서 증해되어 흡광도의 신호 강도가 공차 한계 내에 더 구체적으로는 선형 범위로서 더 잘 알려진 검출기 설정의 가장 정확한 범위 내에 있는 것을 보장하도록 희석된다.
퍼킨 엘머 에이애널리스트 300 시스템에 대한 특정 작동 절차는 이하와 같다.
I) 원리
퍼킨 엘머 에이애널리스트 300 시스템은 사파이어 젬팁 또는 스테인레스강 비드된 연무기 및 원자 흡수 분광계를 갖는 고효율 버너 시스템으로 이루어진다. 버너 시스템은 화학적 화합물을 해리하는데 필요한 열 에너지를 제공하여, 원자 흡수가 발생하도록 하는 자유 분석물 원자를 제공한다. 분광계는 주 광원으로서 중공 음극 램프, 단색화 장치 및 검출기를 사용하여 특정 파장에서 흡수된 광량을 측정한다. 중수소 아크 램프는 원자 구름 내의 비원자 종에 의해 발생된 배경 흡수를 보정한다.
II ) 도구 셋업
A) 비어있는 폐기물 컨테이너가 마킹됨. 배수 튜빙에 탈이온화수를 첨가하여 물이 배수 시스템 부유 조립체 내에 존재하는 것을 보장함.
B) 분석될 분석물을 위한 적절한 중공 음극 램프가 터릿 내에 적절하게 설치되는 것을 보장함.
C) 에이애널리스트 300 및 컴퓨터를 턴온함.
D) 에이애널리스트 300은 최소 30분 동안 워밍업된 후에, 에이에이윈 애널리스트 소프트웨어를 시동함.
E) 분석될 방법을 호출함.
F) 정확한 디폴트 조건이 입력되는 것을 보장함.
G) 중공 음극 램프를 정렬함.
1) HCL을 워밍하고 최소 15분 동안 안정화함.
2) 적절한 피크 및 에너지 레벨이 특정 램프에 대해 설정되었는지를 점검함.
3) 최대 에너지를 얻기 위해 램프 설정의 전력 및 주파수를 조정함.
H) 파라미터 엔트리, 옵션, 저장 및 #의 변화 방법을 저장함.
I) 버너 높이를 조정함.
1) 광빔의 위치를 확인하기 위해 버너의 후방에 백색 종이 시트를 배치함.
2) 수직 조정 손잡이로 광빔의 아래로 버너 헤드를 하강시킴.
3) 흡수값을 표시하기 위해 Cont(연속)를 누름.
4) 오토제로를 위해 A/Z를 누름.
5) 디스플레이가 약간의 흡수(0.002)를 지시할 때까지 수직 조정 손잡이로 버너 헤드를 상승시킴. 디스플레이가 제로로 복귀할 때까지 헤드를 천천히 하강시킴. 조정을 완료하기 위해 추가의 1/4 회전만큼 헤드를 하강시킴.
J) 화염 점화
1) 공기 압축기 밸브를 개방함. 압력을 50 내지 65 psi(344 내지 448 kPa)로 설정함.
2) 아세틸렌 가스 실린더 밸브를 개방함. 출력 압력을 12 내지 14 psi(82.7 내지 96.5 kPa)로 설정함. 압력이 75 psi(517 kPa)로 하강될 때 실린더를 교환하여 아세톤의 존재로부터의 밸브 및 튜빙 손상을 방지함.
3) 가스 온/오프를 누름. 산화제 유동을 4 단위로 조정함.
4) 가스 온/오프를 누름. 아세틸렌 가스 유동을 2 단위로 조정함.
5) 화염 온/오프를 눌러 화염을 턴온함.
주: 보호 자외선 방사선 안경이 없이 램프 또는 화염을 직접 보지 말 것.
K) 버너 헤드를 통해 탈이온화수를 흡인하여 3 내지 5분 동안 버너 헤드를 완전히 워밍함.
L) 버너 위치 및 연무기를 조정함.
1) 대략 0.2 내지 0.5 흡광도 단위의 신호를 갖는 표준을 흡인함.
2) 수평 및 회전 조정 손잡이를 회전시킴으로써 최대 버너 위치 흡수를 얻음.
3) 연무기 체결 링을 시계방향으로 회전시킴으로써 느슨하게 함. 연무기 조정 손잡이를 천천히 회전시켜 최대 흡수를 얻음. 손잡이를 체결 링으로 적소에 체결함.
주: 가스가 흡수되지 않는 파장에 있는 은과 같은 원소는 버너 및 연무기를 조정하기 위해 최적임.
III ) 교정 절차
A) 샘플 농도를 일괄하는 표준으로 교정함.
B) 윈에이에이 애널리스트 소프트웨어가 당신의 샘플 판독치에 대한 교정 곡선을 자동으로 생성할 것임. 그러나, 적절한 흡수가 각각의 교정 표준으로 설정되었는지를 확인하기 위해 점검함.
C) 에이애널리스트 300 표준 곡선을 계산하기 위해 디폴트 조건에 표준 농도값을 입력함.
1) 유효 숫자를 사용하여 STD1에 대한 최하 표준의 농도를 입력함.
2) 상승 차수로 교정 곡선의 다른 표준의 농도 및 기울기 보정 표준(reslope standard)의 농도를 입력함.
3) 교정값을 취득하기 전에 블랭크로 오토제로 실시함.
4) 표준 1을 흡인하고, 0 교정을 눌러 이전의 곡선을 소거함. 번호순으로 표준을 흡인함. 표준 번호를 누르고 각각의 표준을 교정함.
5) 인쇄를 눌러 그래프 및 상관 계수를 인쇄함.
6) 필요하다면 하나 또는 모든 표준을 재실행함. 표준 3을 재실행하기 위해, 표준을 흡인하고 3 교정을 누름.
D) 상관 계수는 0.990 이상이어야 함.
E) 최소 매 20개의 샘플마다 작동 중에 연속적으로 교정 표준으로 드리프트, 정확도 및 정밀도를 위해 교정 곡선을 점검함.
IV ) 분석 절차
A) 샘플은 최소 샘플당 3 복제본을 사용하여 3중으로 측정됨.
B) 샘플을 흡인하고 샘플 판독을 누름. 소프트웨어는 흡수의 3개의 판독치를 취하고 이어서 이들 판독치를 평균화할 것임. 소프트웨어가 아이들을 나타낼 때까지 대기함. 표준 편차가 샘플 결과의 50% 초과이면 샘플을 재실행함.
V) 도구 정지
A) 1 내지 3분 동안 5% 질산(HNO3) 및 3 내지 5분 동안 탈이온화수를 흡인하여 버너 헤드를 세척함. 물로부터 모세관 튜브를 제거하고 약 1분 동안 버너-헤드 건조를 실행함.
B) 화염 온/오프를 눌러 화염을 턴오프함.
C) 공기 압축기 밸브를 폐쇄함.
D) 아세틸렌 실린더 밸브를 폐쇄함.
E) 가스 배출을 눌러 가스 라인으로부터 아세틸렌 가스를 라인으로부터 배출함. 실린더 압력은 제로로 강하되어야 함.
F) 소프트웨어를 빠져 나오고, 에이애널리스트 300을 전원 오프하고, 컴퓨터를 끔.
<표 11d>
Figure pct00022
표 11d는 예 6으로부터 얻어진 결과를 도시하고 있다. 표 11d는 표제가 "전극 구성"인 열을 포함한다. 이 열은 문자 "0" 및 "X"를 포함한다. 문자 "0"은 일 전극 세트(5, 5')에 대응한다. 문자 "X"는 어떠한 전극도 존재하지 않는다는 것을 표현한다. 따라서, 실행 ID "AT098"에 대해, 단지 하나의 전극 세트(5a, 5a')만이 이용되었다. 어떠한 검출 가능한 양의 은도 본 명세서에 개시된 AAS 기술에 의해 측정 가능하지 않다. 실행 ID "AT099"는 2개의 전극 세트(5a, 5a' 및 5b, 5b')를 이용하였다. AAS 기술은 소정의 양의 은이 존재하고 있다는 것을 검출하였지만, 그 양은 0.2 ppm 미만이었다. 실행 ID "AT100"은 8개의 전극 세트(5, 5')를 이용하였다. 이 구성은 7.1 ppm의 측정된 ppm을 초래하였다. 따라서, 전극(1)[및 관련 플라즈마(4)]의 사용 없이 금속 기반 성분(예를 들어, 금속 기반 나노입자/나노입자 용액)을 얻는 것이 가능하다. 그러나, 금속 기반 성분의 형성 속도는 하나 이상의 플라즈마(4)를 사용함으로써 얻어진 속도보다 훨씬 작다. 예를 들어, 예 1 내지 3은 실행 ID AT031, AT036 및 AT038과 관련된 은 기반 생성물을 개시한다. 이들 실행 ID의 각각은 조정 가능한 플라즈마(4)를 포함하는 2개의 전극 세트를 이용하였다. 이들 샘플의 각각에 대해 측정된 은 ppm은 40 ppm 초과였는데, 이는 이 예 6에서의 실행 ID AT100에 따라 제조된 생성물에서 측정된 것보다 5 내지 6배이다. 따라서, 적어도 하나의 조정 가능한 플라즈마(4)(본 명세서의 교시에 따른)의 사용 없이 금속 기반 성분을 제조하는 것이 가능하지만, 어떠한 플라즈마(4)도 생성 기술의 부분으로서 이용되지 않을 때 금속 기반 성분의 형성 속도는 상당히 감소된다.
따라서, 8개의 전극 세트(5, 5)가 실행 ID AT100과 관련된 생성물을 제조하는데 이용되더라도, 적어도 하나의 전극(1)을 포함하는 임의의 전극 세트의 결여[즉, 플라즈마(4)의 결여]는 생성된 용액 내의 은의 ppm 함량을 심각하게 제한한다.
예 7
단지 단일의 플라즈마만을 사용하는 은 기반 나노입자/나노입자 용액( AT080 , AT081, AT082 , AT083 , AT084 , AT085 , AT086 및 AT097 )의 제조
이 예는 예 1 내지 5의 용액을 제조하는데 사용된 동일한 기본 장치를 이용하지만, 이 예는 단지 단일의 플라즈마(4)만을 사용한다. 구체적으로, 전극 세트 #1에 대해, 이 예는 "1a, 5a" 전극 구성을 사용한다. 후속의 전극 세트 #2 내지 #8은 순차적으로 추가된다. 전극 세트 #2 내지 #8의 각각은 "5, 5'" 전극 구성을 갖는다. 이 예는 또한 각각의 전극 세트 내의 전극(1, 5)의 각각에 대해 99.95% 순은 전극을 이용한다.
표 12a 내지 표 12h는 전극 디자인, 구성, 위치 및 작동 전압의 부분을 요약하고 있다. 표 12a 내지 표 12h에 도시되어 있는 바와 같이, 타겟 전압은 최저 약 900 볼트(전극 세트 #8에서) 및 최고 약 2,300 볼트(전극 세트 #1에서)로 설정되었다.
또한, 각각의 전극 세트 내의 각각의 전극에 대한 실제 및 타겟 전압의 막대 차트는 도 56a, 도 56b, 도 56c, 도 56d, 도 56e, 도 56f, 도 56g 및 도 56h에 도시되어 있다. 따라서, 표 12a 내지 표 12h, 뿐만 아니라 도 56a, 도 56b, 도 56c, 도 56d, 도 56e, 도 56f, 도 56g 및 도 56h에 포함된 데이터는 각각의 전극 세트 내의 전극 디자인 뿐만 아니라 제조 프로세스를 위한 각각의 전극에 인가된 타겟 및 실제 전압의 완전한 이해를 제공한다. 예 1 내지 5의 보고된 전극 구성과의 일관성을 유지하기 위해, 8개의 세트의 전극을 위한 공간이 표 12a, 표 12b, 표 12c, 표 12d, 표 12e, 표 12f, 표 12g 및 표 12h의 각각 내에 포함되지만, 실행 ID "AT080"이 실제 사용된 8개의 세트의 전극의 유일한 실행이었다.
<표 12a>
실행 ID: AT 097
유량: 200 ml/min
Figure pct00023
* 물 입구로부터 제1 전극 세트의 중심까지의 거리
** 최종 전극의 중심으로부터 물 출구까지의 거리
<표 12b>
실행 ID: AT 086
유량: 200 ml/min
Figure pct00024
* 물 입구로부터 제1 전극 세트의 중심까지의 거리
** 최종 전극의 중심으로부터 물 출구까지의 거리
<표 12c>
실행 ID: AT 085
유량: 200 ml/min
Figure pct00025
* 물 입구로부터 제1 전극 세트의 중심까지의 거리
** 최종 전극의 중심으로부터 물 출구까지의 거리
<표 12d>
실행 ID: AT 084
유량: 200 ml/min
Figure pct00026
* 물 입구로부터 제1 전극 세트의 중심까지의 거리
** 최종 전극의 중심으로부터 물 출구까지의 거리
<표 12e>
실행 ID: AT 083
유량: 200 ml/min
Figure pct00027
* 물 입구로부터 제1 전극 세트의 중심까지의 거리
** 최종 전극의 중심으로부터 물 출구까지의 거리
<표 12f>
실행 ID: AT 082
유량: 200 ml/min
Figure pct00028
* 물 입구로부터 제1 전극 세트의 중심까지의 거리
** 최종 전극의 중심으로부터 물 출구까지의 거리
<표 12g>
실행 ID: AT 081
유량: 200 ml/min
Figure pct00029
* 물 입구로부터 제1 전극 세트의 중심까지의 거리
** 최종 전극의 중심으로부터 물 출구까지의 거리
<표 12h>
실행 ID: AT 080
유량: 200 ml/min
Figure pct00030
* 물 입구로부터 제1 전극 세트의 중심까지의 거리
** 최종 전극의 중심으로부터 물 출구까지의 거리
예 6에서 설명된 바와 같이 원자 흡수 분광(AAS) 샘플이 준비되어 측정값이 얻어졌다. 표 12i는 결과를 나타내고 있다. 표 12i는 표제가 "전극 구성"인 열을 포함한다는 것을 주목하라. 이 열은 문자 "1" 및 "0" 및 "X"를 포함한다. "1"은 전극 세트 #1(즉, 1, 5 조합)에 대응하는 전극 구성을 나타내고 있다. "0"은 5, 5'의 전극 조합을 나타내고 있다. 문자 "X"는 어떠한 전극도 존재하지 않는다는 것을 나타내고 있다. 따라서, 예를 들어 "AT084"는 "1000XXXX"로 표현되는데, 이는 4개의 전극 세트 조합이 "AT084"를 제조하는 사용되었다는 것을 의미하고, 조합은 세트 #1=1, 5, 세트 #2=5, 5, 세트 #3=5, 5, 세트 #4=5,5에 대응한다("XXXX"에 표현된 바와 같이 세트 #4 후에 대응하는 세트가 없음).
<표 12i>
Figure pct00031
표 12i는 표제가 "측정된 Ag PPM(초기)"인 열을 포함한다. 이 열은 그 1시간의 생성 이내에 측정된 8개의 용액의 각각의 은 함량에 대응한다. 나타낸 바와 같이, 측정된 ppm은 각각의 추가된 전극 세트에 따라 증가하고, 여기서 실행 ID AT080은 예 3의 실행 ID AT031의 양에 대응하는 은에 대한 ppm 레벨을 생성한다. 그러나, 표제가 "측정된 Ag PPM(10일)"인 다른 열은 다른 결과를 나타내는 데이터를 나타내고 있다. 구체적으로, "초기" 및 "10일" PPM 측정치는 본질적으로 실행 ID AT097, AT086, AT085, AT084 및 AT083에 대응하는 샘플에 대해 동일하다(AAS의 작동 오차 내에서). 이는 본질적으로 어떠한 성분 입자의 상당한 침전도 실시된 8개의 실행 중 5개 내에서 발견되지 않았다는 것을 의미한다. 그러나, 일단 실행 ID AT082, AT081 및 AT080과 관련된 샘플이 10일 후에 검사되면, 성분 입자의 상당한 부분이 침전되고, 실행 ID AT080으로부터 취해진 샘플은 미립자 침전에 기인하여 40 ppm으로부터 약 10 ppm을 손실하였다.
이 예 7과 관련된 8개의 샘플의 각각 내에서 생성되어 있는 입경의 사상을 얻기 위해, 동적 광 산란(DLS) 접근법이 이용되었다. 구체적으로, LED 레이저로부터 산란된 광 강도의 편차를 이용하는 동적 광 산란법이 브라우니언 운동(Brownian Motion)에 기인하는 입자 운동으로부터 강도의 임의의 변화를 결정하도록 시간 경과에 따라 측정되었다. 이들 측정을 수행하는데 사용된 도구는 이중 교류 기술(D.A.T.)을 갖는 비스코텍(VISCOTEK) 802 DLS였다.
모든 측정은 온도 제어형 셀 블록 내에 배치된 12 μL 석영 셀을 사용하여 이루어졌다. 하나의 827.4 nm 레이저 빔이 측정될 용액을 통과하였다. 산란 강도는 레이저의 것에 횡단방향으로 장착된 광학 조망 경로를 갖는 CCD 검출기를 사용하여 측정되었다. 실험 데이터가 이어서 아인슈타인-스톡스식(Einstein-Stokes equation) 및 레일리식(Rayleigh equation)을 사용하여 수학적으로 변환되어 입경 및 분배 정보를 표현하는 값을 유도하였다. 데이터 수집 및 수학 변환은 비스코텍 옴니사이즈 버전 3,0,0,291 소프트웨어를 사용하여 수행되었다. 이 도구 하드웨어 및 소프트웨어는 0.8 nm 내지 2 ㎛의 반경을 갖는 입자에 대한 측정을 신뢰적으로 제공한다.
이 기술은 용액이 스톡스 침전 운동(그 중 일부는 이 예 7의 샘플 중 적어도 3개에서 명백하게 발생함)을 받게 되는 미세 기포 및 입자가 없을 때 가장 양호하게 작용한다. 시험될 재료를 수납하고 준비하는데 사용된 모든 용기는 헹굼되고 송풍 건조되어 임의의 찌꺼기를 제거하였다. 용기 및 샘플을 준비하는데 사용된 모든 물은 이중으로 탈이온화되어 0.2 ㎛ 필터링되었다. 용매가 요구되면, 단지 분광 등급 이소프로필 알코올만을 사용한다. 모두는 용매 노출 후에 청결수로 헹굼되었고, 청결한 무보풀 천으로만 와이핑되었다.
총 체적으로 약 3 ml인 용액 샘플의 분취량이 소형 주사기 내로 흡인되고 이어서 청결한 약 4 dram 글래스 샘플 병 내에 분배되었다. 2개의 주사기 필터(0.45 ㎛)가 이 작업 중에 주사기 상에 고정되어 샘플을 이중으로 필터링하고, 따라서 용액의 부분으로서 의도되지 않은 임의의 큰 입자를 제거하였다. 이 샘플은 소형 진공 챔버 내에 배치되었고, 여기서 저레벨 진공(<29.5 inHg)으로 1분 노출을 받게 되어 현탁액을 비등시켜 현탁된 미세 기포를 제거하였다. 진공은 배리언(Varian) SD-40과 같은 소형의 2단 회전형 진공 펌프를 통해 흡인되었다. 20 게이지 또는 더 소형의 무딘 니들을 갖는 글래스 튜버큘린(Tuberculin) 주사기를 사용하여, 샘플이 주사기를 충전하도록 회수되었고 이어서 헹굼되었고, 이어서 12 μL 샘플 세포/큐벳 내에 배치되었다. 추가의 라이크형 주사기가 사용된 샘플을 회수하고 이 세포로부터 유체를 헹굼하는데 사용되었다. 충전된 큐벳은 광학 경로 내에서 명백한 포획된 기포를 위해 검사되었다.
이 세포는 비스코텍 802 DLS 내에 위치된 홀더 내에 삽입되었다. 이 단계에 앞서, 도구는 약 30분 동안 작동 온도로 완전히 워밍되었고 제어 컴퓨터 내에 로딩된 "옴니사이즈" 소프트웨어를 작동하였다. 이 소프트웨어는 제조업자 지정 조건으로 도구를 셋업하고 통신할 것이다. "새로운" 측정을 선택한다. 정확한 샘플 측정 파라미터, 즉 40℃의 온도, 초당 300k 카운트의 "타겟" 레이저 감쇠값, 3초 측정 기간, 용매로서 물, 각각 20% 및 15%의 스파이크 및 드리프트가 선택되었는지를 확인한다. 필요하다면 보정한다. 다음에, 제어 메뉴바로부터 "도구-옵션"을 선택한다. 적절한 옵션, 즉 200에서의 해상도, 첫 번째 2개의 데이터 지점을 무시, 0 및 256 상관자 채널의 임계치를 보고하는 피크가 어노테이션(annotation)되었는지를 확인한다.
일단 샘플이 홀더 내에 배치되면, 커버 덮개가 고정적으로 폐쇄되어 레이저 셔터가 개방되게 한다. 샘플은 5 내지 10분 동안 온도 안정화가 허용되었다. 메뉴 도구 바 상에서, "자동-감쇠"가 선택되어 레이저 파워의 조정이 측정 요건에 적합하게 한다. 일단 도구 및 샘플이 셋업되면, 산란 강도 그래픽 디스플레이가 관찰된다. 패턴은 포획된 나노/미세 기포 또는 큰 입자의 침전에 기인하여 최소 랜덤 스파이크를 갖고 균일하게 나타나야 한다.
이어서 측정이 수행되었다. 전개하는 상관 곡선이 또한 관찰되었다. 이 곡선은 "역 S"로서 형상을 표시하고 한계를 벗어나 "스파이크"되지 않아야 한다. 셋업이 정확하면, 파라미터는 100개의 측정치를 수집하도록 조정되고 "실행"이 이어서 선택되었다. 도구는 데이터를 자동 수집하고 상관 곡선을 폐기하여 브라우니언 운동 거동을 나타내지 않았다. 측정 시리즈의 완료시에, 보유된 상관 곡선이 검사되었다. 모두는 예측된 형상을 나타내야 하고 30% 내지 90% 예측된 운동 거동 사이에 표시되었다. 이 시점에, 수집된 데이터가 저장되었고 소프트웨어는 입경 정보를 계산하였다. 측정은 재현성을 나타내기 위해 반복되었다. 최종 그래픽 디스플레이가 이어서 검사되었다. 잔류물은 랜덤 분산된 것으로 나타나야 하고 데이터 측정점은 계산된 이론 상관 곡선을 추종해야 한다. 그래픽 분포 디스플레이는 0.8 nm 내지 2 ㎛로 제한되었다. 강도 분포 및 질량 분포 막대 그래프가 현탁액 내에 존재하는 입경 및 각각의 상대 비율을 발견하도록 검토되었다. 모든 정보는 이어서 기록되어 문서화되었다.
도 57a는 AT097에 대한 대표적인 비스코텍 출력에 대응하고, 도 57b는 AT080에 대한 대표적인 비스코텍 출력에 대응한다. 도 57a 및 도 57b에 보고된 숫자는 각각의 용액에서 검출된 입자의 반경에 대응한다. 다수의(예를 들어, 수백개의) 데이터 점이 검사되어 표 12i에 보고된 숫자를 제공하였고 도 57a 및 도 57b는 이들 측정된 값으로부터의 단지 선택일 뿐이라는 것을 주목해야 한다.
예 7에 설명된 상이한 전극 조합의 함수로서 생성된 입자를 더 이해하기 위한 시도시에, 유사한 배율의 SEM 현미경 사진이 이 예에서 제조된 8개의 용액의 각각에 대응하는 각각의 건조된 용액에서 취해졌다. 이들 SEM 현미경 사진은 도 58a 내지 도 58h에 도시되어 있다. 도 58a는 실행 ID AT086으로부터의 샘플에 대응하고, 도 58g는 실행 ID AT080에 대응한다. 각각의 SEM 현미경 사진은 "1 μ"(즉, 1 미크론) 바아를 도시하고 있다. 이들 현미경 사진으로부터 일반적인 관찰 가능한 경향은 샘플 AT086 내지 AT083으로 입경이 점진적으로 증가하지만, 그 후에 샘플 AT082 내지 AT080으로 샘플 내에서 급격히 증가하기 시작한다는 것이다. 미립자 물질은 매우 작고 어떠한 이미지도 실행 ID AT097에 대해 입수 가능하지 않은 이러한 낮은 농도를 가졌다는 것을 주목해야 한다.
샘플은 생성된 소량의 각각의 용액이 글래스 슬라이드 상에 공기 건조되게 함으로써 SEM에 대해 준비된다는 것을 주목해야 한다. 따라서, 몇몇 결정 성장이 건조 중에 발생할 수 있는 가능성이 있다. 그러나, 샘플 AT082 내지 AT080의 각각 내에 나타난 "성장"의 양은 단지 건조 동안만에 가능하게 발생할 수 있는 것보다 많다. SEM 현미경 사진으로부터 입방체형 결정이 AT082, AT081 및 AT080에서 명백하다는 것이 명백하다. 실제고, 거의 완전한 입방체형 결정이 샘플 AT080과 관련되어 도 58g에 도시되어 있다.
따라서, 임의의 특정 이론 또는 설명에 의해 구속받기를 바라지 않고, 예 7과 예 6의 결과를 비교할 때, 플라즈마(4)의 생성이 본 발명의 목적에 깊은 영향을 갖는다는 것이 명백해진다. 더욱이, 일단 플라즈마(4)가 설정될 때, 조건은 홈통 부재(30)를 따라 순차적으로 제공된 각각의 새로운 전극 세트(5, 5')의 함수로서 입자의 겉보기 성장을 포함하는 은 기반 나노입자를 포함하는 금속 기반 성분의 생성을 조력한다. 그러나, 프로세스의 목적이 용액 내의 금속 기반 나노입자의 현탁을 유지하는 것이면, 이 예 7의 프로세스 조건 하에서, 생성된 입자의 일부는 최종 3개의 전극 세트(즉, 실행 ID AT082, AT081 및 AT080)에 근접하여 침전되기 시작한다. 그러나, 프로세스의 목적이 미립자 물질 침전을 성취하는 것이면, 이 목적은 실행 AT082, AT081 및 AT080에서의 구성에 따라 성취될 수 있다.
UV-Vis 스펙트럼이 침전된 혼합물 AT097 내지 AT080의 각각에 대해 얻어졌다. 구체적으로, UV-Vis 스펙트럼은 본 명세서에서 전술된 바와 같이 얻어졌다(표제가 "예 1 내지 5의 재료 및 이들의 혼합물의 특정화"인 섹션에서의 설명 참조). 도 59a는 200 nm 내지 220 nm의 파장에 대한 샘플 AT097 내지 AT080의 각각에 대한 UV-Vis 스펙트럼을 도시하고 있다. AT097에 대응하는 스펙트럼은 이 스케일에 대해 차트에서 벗어나 있으므로, 도 59b의 확대도가 제공되어 있다. 홈통 부재(30)를 따라 순차적으로 첨가된 전극(5, 5')의 각각의 세트에 대해 AT097과 관련된 스펙트럼은 양이 감소한다는 것을 주목하는 것이 흥미롭다.
이들 동일한 8개의 샘플에 대한 UV-Vis 스펙트럼이 도 59c에 또한 도시되어 있다. 구체적으로, 이 도 59c는 220 nm 내지 620 nm 범위의 파장을 검사한다. 흥미롭게도, AT080, AT081 및 AT082에 대응하는 3개의 샘플은 모두 다른 5개의 스펙트럼보다 상당히 높다.
대장균 박테리아에 대한 효능(본 명세서에서 더 상세히 전술됨)을 결정하기 위한 시도시에, 이 예 7에 따라 제조된 3개의 용액의 각각은 정규화된 방식으로 이들의 상대 효능을 비교하기 위해 은에 대해 정확히 동일한 ppm으로 모두 희석되었다. 이와 관련하여, 정규화 절차는 샘플의 각각에 대해 10일의 침전 후에 취해진 ppm 측정치에 기초하였다. 따라서, 예를 들어 실행 AT080에 따라 제조된 샘플은 31.6 ppm으로부터 4 ppm으로 하강되어 희석되었고, 반면에 실행 AT083과 관련된 샘플은 28.1 ppm으로부터 4 ppm으로 하강되어 희석되었다. 이들 샘플은 이어서 본 명세서에서 전술된 바와 같이 바이오스크린 측정이 수행되도록 더 희석되었다.
도 60은 샘플 AT097 내지 AT080의 각각으로부터 취한 동일한 ppm의 은으로 수행된 바이오스크린 씨 미생물 반응기 실행에 대응한다. 도 60의 결과는 8개의 용액의 각각의 효능이 최고 효능은 AT086이고 최저 효능은 AT080인 것과 순차적으로 완전히 정렬되는 것을 나타내고 있다. 샘플 AT097에 대한 효능은 이 특정 바이오스크린 실행에 부주의하게 포함되지 않은 것이라는 것을 주목해야 한다. 또한, 임의의 바이오스크린 실행 내의 결과는 비교 목적을 위해 매우 신뢰적이지만, 개별 시간에 수행된 바이오스크린 실행 사이의 결과는 예를 들어 약간 상이한 초기 박테리아 농도, 약간 상이한 박테리아의 성장 스테이지 등에 기인하여 신뢰적인 비교를 제공하지 않을 수도 있다. 따라서, 어떠한 비교도 상이한 시간에 수행된 바이오스크린 실행 사이에 여기서 이루어지지 않았다.
예 8
하나 또는 2개의 플라즈마를 사용하는
은 기반 나노입자/나노입자 용액( AT089 )의 제조
이 예는 예 1 내지 5의 용액을 제조하는데 사용된 동일한 기본 장치를 이용하지만, 이 예는 단지 AT090(즉, AT080과 유사함)을 제조하기 위해 단일의 플라즈마(4)를 사용하고, AT091(즉, AT031과 유사함)을 제조하기 위해 2개의 플라즈마(4)를 사용하고, AT089(제1회 실행)를 제조하기 위해 2개의 플라즈마(4)를 사용하며, 여기서 전극 세트 #1 및 전극 세트 #8은 모두 플라즈마(4)를 이용한다. 이 예는 또한 각각의 전극 세트 내의 전극(1, 5)의 각각에 대해 99.95% 순은 전극을 이용한다.
표 13a, 표 13b 및 표 13c는 전극 디자인, 구성, 위치 및 작동 전압의 부분을 요약하고 있다. 표 13a 내지 표 13c에 나타낸 바와 같이, 타겟 전압은 AT089와 관련하여 평균 최고이고 AT091과 관련하여 최저였다.
또한, 각각의 전극 세트 내의 각각의 전극에 대한 실제 및 타겟 전압의 막대 차트가 도 61a, 도 61b 및 도 61c에 도시되어 있다. 따라서, 표 13a 내지 표 13c 뿐만 아니라 도 61a, 도 61b 및 도 61c에 포함된 데이터는 각각의 전극 세트 내의 전극 디자인 뿐만 아니라 제조 프로세스 동안 각각의 전극에 인가된 타겟 및 실제 전압의 완전한 이해를 제공하고 있다.
<표 13a>
실행 ID: AT 090
유량: 200 ml/min
Figure pct00032
* 물 입구로부터 제1 전극의 중심까지의 거리
** 최종 전극의 중심으로부터 물 출구까지의 거리
<표 13b>
실행 ID: AT 091
유량: 200 ml/min
Figure pct00033
* 물 입구로부터 제1 전극의 중심까지의 거리
** 최종 전극의 중심으로부터 물 출구까지의 거리
<표 13c>
실행 ID: AT 089
유량: 200 ml/min
Figure pct00034
* 물 입구로부터 제1 전극의 중심까지의 거리
** 최종 전극의 중심으로부터 물 출구까지의 거리
예 6에서 설명된 바와 같이 원자 흡수 분광(AAS) 샘플이 준비되어 측정값이 얻어졌다. 표 13d는 결과를 나타내고 있다. 표 13d는 표제가 "전극 구성"인 열을 포함한다는 것을 주목하라. 이 열은 문자 "1" 및 "0"을 포함한다. "1"은 전극 세트 #1(즉, 1, 5 조합)에 대응하는 전극 구성을 나타내고 있다. "0"은 5, 5'의 전극 조합을 나타내고 있다. 따라서, 예를 들어 "AT089"는 "10000001"으로 표현되는데, 이는 8개의 전극 세트 조합이 "AT089"를 제조하는 사용되었다는 것을 의미하고, 조합은 세트 #1=1, 5, 세트 #2 내지 #7=5, 5, 세트 #8=1, 5에 대응한다.
<표 13d>
Figure pct00035

표 13d는 표제가 "측정된 Ag PPM(초기)"인 열을 포함한다. 이 열은 그 생성의 1시간 이내에 측정된 8개의 용액의 각각의 은 함량에 대응한다. 나타낸 바와 같이, 3개의 실행의 각각에 대한 측정된 ppm은 일반적으로 유사하다. 그러나, 표제가 "측정된 Ag PPM(20시간)"인 다른 열은 "초기" 및 "20시간" PPM 측정치가 본질적으로 실행 Id At089 및 AT091에 대응하는 샘플에 대해 동일하다는 것(예를 들어, AAS의 작동 에러 이내)을 나타내고 있다. 이는 본질적으로 수행된 이들 실행에서 어떠한 성분 입자의 상당한 침전도 발견되지 않았다는 것을 의미한다. 그러나, 실행 ID AT090과 관련된 샘플이 20시간 후에 검사되었고, 성분 입자의 상당한 부분이 침전되었고, 실행 AT089로부터 취한 샘플은 미립자 침전에 기인하여 약 40 ppm으로부터 3.6 ppm을 손실하였다.
예 7에서 설명된 바와 같이, 동적 광 산란(DLS) 접근법이 이용되어 이들 3개의 샘플의 각각에서 이루어진 평균 입경을 얻었다. 최대 입자는 AT090에서 형성되었고, 최소 입자는 AT091에서 형성되었다. 구체적으로, 도 62a는 AT090에 대응하고, 도 62b는 AT091에 대응하고, 도 62c는 AT089에 대응한다.
대장균 박테리아에 대한 효능(본 명세서에서 더 상세히 전술됨)을 결정하기 위한 시도시에, 이 예 8에 따라 제조된 3개의 용액의 각각은 정규화된 방식으로 이들의 상대 효능을 비교하기 위해 은에 대해 정확히 동일한 ppm으로 모두 희석되었다. 이와 관련하여, 정규화 절차는 샘플의 각각에 대해 20시간의 침전 후에 취해진 ppm 측정치에 기초하였다. 따라서, 예를 들어 실행 AT090에 따라 제조된 샘플은 37.2 ppm으로부터 4 ppm으로 하강되어 희석되었고, 반면에 실행 AT091과 관련된 샘플은 44.0 ppm으로부터 4 ppm으로 하강되어 희석되었다. 이들 샘플은 이어서 본 명세서에서 전술된 바와 같이 바이오스크린 측정이 수행되도록 더 희석되었다. 도 63은 샘플 AT089 내지 AT091의 각각으로부터 취한 동일한 ppm의 은으로 수행된 바이오스크린 씨 미생물 반응기 실행에 대응한다. 도 63의 결과는 3개의 용액의 각각의 효능이 도 62a 내지 도 62c에 도시되어 있는 입경에 대응하여 정렬되고, 최고 효능은 AT091이고 최저 효능은 AT090이라는 것을 나타내고 있다. 또한, 임의의 바이오스크린 실행 내의 결과는 비교 목적을 위해 매우 신뢰적이지만, 개별 시간에 수행된 바이오스크린 실행 사이의 결과는 예를 들어 약간 상이한 초기 박테리아 농도, 약간 상이한 박테리아의 성장 스테이지 등에 기인하여 신뢰적인 비교를 제공하지 않을 수도 있다. 따라서, 어떠한 비교도 상이한 시간에 수행된 바이오스크린 실행 사이에 여기서 이루어지지 않았다.
예 9
다수의 분위기에서 플라즈마를 사용하는 은 기반 나노입자/나노입자
용액( AT091 , AT092 , AT093 , AT094 및 AT095 )의 제조
이 예는 본질적으로 예 1 내지 5의 해결책을 구성하는데 이용된 것과 동일한 기초 장치를 이용하지만, 이 예는 제어 분위기 환경에서 발생하는 두 개의 플라즈마(4)를 이용한다. 제어 분위기는 도 28h에 도시된 실시예를 이용함으로써 얻어졌다. 상세하게는, 전극 세트 #1 및 전극 세트 #4에 대하여, "1, 5" 전극 구성을 이용하고, 전극(1)은 다음 분위기(공기, 질소, 환원, 오존 및 헬륨)의 각각에서 플라즈마를 생성한다. 모든 다른 전극 세트 #2, #3, 및 #5 내지 #8은 "5, 5" 전극 구성을 갖는다. 이 예는 각 전극 세트에서 전극(1, 5)의 각각에 대하여 99.95%의 순은 전극을 또한 이용한다.
표 14a 내지 표 14e는 전극 디자인, 구성, 위치 및 작동 전압의 부분을 요약하고 있다. 표 14a 내지 표 14e에 나타낸 바와 같이, 타겟 전압은 최저 약 400 내지 500 볼트(환원 분위기 및 오존) 및 최고 약 3,000 볼트(헬륨 분위기)로 설정되었다.
또한, 각각의 전극 세트 내의 각각의 전극에 대한 실제 및 타겟 전압의 막대 차트가 도 64a 내지 도 64e에 도시되어 있다. 따라서, 표 14a 내지 표 14e, 뿐만 아니라 도 64a 내지 도 64e에 포함된 데이터는 각각의 전극 세트 내의 전극 디자인 뿐만 아니라 제조 프로세스 동안 각각의 전극에 인가된 타겟 및 실제 전압의 완전한 이해를 제공하고 있다. 전극 세트 #1 및 전극 세트 #4에 대해 각각의 전극(1)에 대한 각각의 플라즈마(4)를 위해 사용된 분위기는 이하와 같다: AT091-공기, AT092-질소, AT093-환원 또는 공기 제거, AT094-오존, AT095-헬륨. 실행 AT092 내지 AT095의 각각에 대한 분위기는 예를 들어 도 28h에 도시되어 있는 분위기 제어 디바이스(35)를 이용함으로써 성취되었다. 구체적으로, 질소 분위기가 도 28h에 도시되어 있는 분위기 제어 디바이스(35)의 입구부(37) 내로 튜빙(286)을 통해 질소 가스(고순도)를 유동시킴으로써 전극 세트 #1 및 전극 세트 #4에서 각각의 전극(1, 5) 둘레에서 성취되었다. 질소 가스의 유량은 질소 가스가 분위기 제어 디바이스(35) 내의 물(3) 상에 포지티브 압력을 생성하게 함으로써 질소의 포지티브 압력을 성취하기 위해 충분하였다.
마찬가지로, 오존의 분위기(AT094)는 본 명세서에서 전술된 바와 같이 오존에 의해 생성되어 분위기 제어 디바이스(35) 내로 입력된 포지티브 압력의 오존을 생성함으로써 성취되었다.
또한, 헬륨의 분위기(AT095)는 본 명세서에서 전술된 바와 같이 분위기 제어 디바이스(35) 내로 입력된 포지티브 압력 헬륨을 생성함으로써 성취되었다.
공기의 분위기는 분위기 제어 디바이스(35)를 사용하지 않고 성취되었다.
환원 분위기(또는 공기 제거 분위기)는 전극 세트 #1 및 #4에서 각각의 전극(1, 5) 둘레에 분위기 제어 디바이스(35)를 제공하고 분위기 제어 디바이스(35)의 입구부(37) 내로 어떠한 가스도 공급하지 않음으로써 성취되었다. 이 경우에, 외부 분위기(즉, 공기 분위기)는 구멍(37)을 통해 분위기 제어 디바이스(35) 내로 진입하는 것으로 판명되었고 생성된 플라즈마(4)는 공기 분위기 플라즈마에 대해 현저하게 훨씬 더 오렌지색이었다.
플라즈마(4)의 각각의 조성을 이해하기 위한 시도시에, "광자 제어 실리콘 CCD 분광계, SPM-002-E"[미국 매사추세츠주 웨스트우드 소재의 블루 힐 옵티컬 테크놀로지즈(Blue Hill Optical Technologies)]가 플라즈마(4)의 각각에 대한 스펙트럼을 수집하는데 사용되었다.
구체적으로 도 65a 및 도 65b를 참조하면, 광자 제어 실리콘 CCD 분광계(500)가 전극(1)과 물(3)의 표면(2) 사이에 생성된 각각의 플라즈마(4) 상에 스펙트럼(200 내지 1090 nm, 0.8/2.0 nm 중심/에지 해상도)을 수집하는데 사용되었다. 분광계(500)는 광자 제어 분광계 소프트웨어 교정판 2.2.3이 로딩된 컴퓨터(도시되어 있지 않음)에 USB 케이블을 거쳐 연결되었다. 200 ㎛ 코어 광 파이버 패치 케이블(502)(SMA-905, 블루 힐 옵티컬 테크놀로지즈)이 플렉시글래스 지지체(503)의 단부에 장착되었다. 레이저 포인터(501)[라디오 새크 울트라 슬림 레이저 포인터(Radio Shack Ultra Slim Laser Pointer), #63-1063]가 플렉시글래스 지지체의 대향 측면(506) 상에 장착되었다. 이 조립체(503)는 광 케이블(502)이 정확하고 반복적으로 위치되어 조준 디바이스로서 레이저 포인터(501)를 사용함으로써 형성된 각각의 플라즈마(4)의 동일한 중간부를 향해 직접 조준되도록 생성되었다.
각각의 플라즈마(4)에 의해 생성된 임의의 스펙트럼의 수집에 앞서, 분위기 제어 디바이스(35)는 30초 동안 각각의 가스로 포화되었고, 배경 스펙트럼이 소프트웨어 패키지 내에서 2초 노출 세트로 수집되었다. 플라즈마(4)는 임의의 데이터 수집에 앞서 10분 동안 활성화되었다. 레이저(501)로부터의 주요 스폿이 각각의 시간에 동일한 지점과 정렬되었다. 이들 개별 스펙트럼은 각각의 실행에 대해 수집되었고 이어서 평균화되었다. 각각의 스펙트럼의 결과는 도 66a 내지 도 66e에 도시되어 있다(이 예에서 이하에 설명됨).
<표 14a>
실행 ID: AT 091
유량: 200 ml/min
세트 #1 및 세트 #4에 대한 분위기: 공기
Figure pct00036
* 물 입구로부터 제1 전극의 중심까지의 거리
** 최종 전극의 중심으로부터 물 출구까지의 거리
<표 14b>
실행 ID: AT 092
유량: 200 ml/min
세트 #1 및 세트 #4에 대한 분위기: 질소
Figure pct00037
* 물 입구로부터 제1 전극의 중심까지의 거리
** 최종 전극의 중심으로부터 물 출구까지의 거리
<표 14c>
실행 ID: AT 093
유량: 200 ml/min
세트 #1 및 세트 #4에 대한 분위기: 환원 또는 공기 제거
Figure pct00038
* 물 입구로부터 제1 전극의 중심까지의 거리
** 최종 전극의 중심으로부터 물 출구까지의 거리
<표 14d>
실행 ID: AT 094
유량: 200 ml/min
세트 #1 및 세트 #4에 대한 분위기: 오존
Figure pct00039
* 물 입구로부터 제1 전극의 중심까지의 거리
** 최종 전극의 중심으로부터 물 출구까지의 거리
<표 14e>
실행 ID: AT 095
유량: 200 ml/min
세트 #1 및 세트 #4에 대한 분위기: 헬륨
Figure pct00040
* 물 입구로부터 제1 전극의 중심까지의 거리
** 최종 전극의 중심으로부터 물 출구까지의 거리
예 6에서 설명된 바와 같이 원자 흡수 분광(AAS) 샘플이 준비되어 측정값이 얻어졌다. 표 14f는 결과를 나타내고 있다. 표 14f는 표제가 "전극 구성"인 열을 포함한다는 것을 주목하라. 이 열은 문자 "1" 및 "0"을 포함한다. "1"은 전극 세트 #1(즉, 1, 5 조합)에 대응하는 전극 구성을 나타내고 있다. "0"은 5, 5'의 전극 조합을 나타내고 있다. 따라서, 예를 들어 "AT091"은 "10010000"으로 표현되는데, 이는 8개의 전극 세트 조합이 "AT091"을 제조하는 사용되었다는 것을 의미하고, 조합은 세트 #1=1, 5, 세트 #2=5, 5, 세트 #3=5, 5, 세트 #4=1, 5, 세트 #5 내지 세트 #8=5, 5에 대응한다.
<표 14f>
Figure pct00041

표 14f는 표제가 "측정된 Ag PPM"인 열을 포함한다. 이 열은 8개의 용액의 각각의 은 함량에 대응한다. 나타낸 바와 같이, 공기, 질소, 환원 및 오존의 분위기의 각각 내의 생성된 측정된 ppm은 실질적으로 유사하였다. 그러나, 헬륨의 분위기(즉, AT095)는 훨씬 낮은 ppm 레벨을 생성하였다. 또한, AT095 용액 내의 미립자 물질은 다른 4개의 용액의 각각 내의 미립자 물질의 크기보다 상당히 크다. 미립자 크기는 본 명세서에서 전술된 바와 같이 동적 광 산란 방법에 의해 결정되었다.
도 66a 내지 도 66e로부터 플라즈마(4)로부터 생성된 각각의 스펙트럼이 다수의 매우 현저한 피크를 갖는 것이 명백하다. 예를 들어, 공기, 질소, 환원 및 오존의 분위기 각각과 관련된 이들 현저한 피크는 모두 강한 유사성을 갖는다. 그러나, 플라즈마(4)에 의해 생성하는 스펙트럼과 관련된 스펙트럼 피크(즉, 헬륨이 분위기로서 제공될 때)는 다른 4개의 피크와는 매우 상이하다. 이와 관련하여, 도 66a는 200 내지 1000 nm의 전체 파장 범위에 걸친 이 예에 사용된 가스의 각각에 대한 각각의 플라즈마(4)에 대한 완전한 스펙트럼 응답을 도시하고 있다. 도 66b 및 도 66c는 관심의 스펙트럼의 특정 부분에 초점을 두고 각각의 스펙트럼과 관련된 분위기의 명칭에 의해 식별하고 있다. 도 66d 및 도 66e는 이들 스펙트럼의 각각의 특정 공통 피크를 식별하고 있다. 구체적으로, 도 67a 내지 도 67f는 본 명세서에서 전술된 논설로부터 발췌된 것이다. 이들 도 67a 내지 도 67f는 이 예 9의 플라즈마(4) 내의 활성 피크를 식별하는 것을 보조한다. 헬륨 분위기와 관련된 스펙트럼 피크는 다른 4개의 분위기와 관련된 스펙트럼 피크와는 매우 상이한 것이 명백하다.
대장균 박테리아에 대한 효능(본 명세서에서 더 상세히 전술됨)을 결정하기 위한 시도시에, 이 예 9에 따라 제조된 5개의 용액의 각각은 정규화된 방식으로 이들의 상대 효능을 비교하기 위해 은에 대해 정확히 동일한 ppm으로 모두 희석되었다. 따라서, 예를 들어 실행 AT091에 따라 제조된 샘플은 44.0 ppm으로부터 4 ppm으로 하강되어 희석되었고, 반면에 실행 AT095와 관련된 샘플은 28.3 ppm으로부터 4 ppm으로 하강되어 희석되었다. 이들 샘플은 이어서 본 명세서에서 전술된 바와 같이 바이오스크린 측정이 수행되도록 더 희석되었다. 도 68은 샘플 AT091 내지 AT095의 각각으로부터 취한 동일한 ppm의 은으로 수행된 바이오스크린 씨 미생물 반응기 실행에 대응한다. 도 68의 결과는 AT094 및 AT096이 최고 효능이고(주: AT096은 예10에 따라 제조되었고, 본 명세서에서 더 상세히 설명될 것임) AT095가 최저 효능인 것을 나타내고 있다. 또한, 임의의 바이오스크린 실행 내의 결과는 비교 목적을 위해 매우 신뢰적이지만, 개별 시간에 수행된 바이오스크린 실행 사이의 결과는 예를 들어 약간 상이한 초기 박테리아 농도, 약간 상이한 박테리아의 성장 스테이지 등에 기인하여 신뢰적인 비교를 제공하지 않을 수도 있다. 따라서, 어떠한 비교도 상이한 시간에 수행된 바이오스크린 실행 사이에 여기서 이루어지지 않았다.
예10
AC 전원을 정류하여 플라즈마를 형성하기 위해 다이오드 브리지를 사용하는
은 기반 나노입자/나노입자 용액( AT086 )의 제조
이 예는 예 1 내지 5의 용액을 제조하는데 사용된 본질적으로 동일한 기본 장치를 사용하지만, 이 예는 DC형 전원(즉, 다이오드 브리지 정류된 전원)에 의해 형성된 2개의 플라즈마(4)를 사용한다. 구체적으로, 전극 세트 #1 및 전극 세트 #4에 대해, 이 예는 "1, 5" 전극 구성을 사용하는데, 여기서 전극(1)은 도 32c에 도시되어 있는 전원에 따라 플라즈마(4)를 생성한다. 모든 다른 전극 세트 #2, #3 및 #5 내지 #8은 "5, 5" 전극 구성을 가졌다. 이 예는 또한 각각의 전극 세트에서 전극(1, 5)의 각각에 대해 99.95% 순은 전극을 이용한다.
표 15는 전극 디자인, 구성, 위치 및 작동 전압의 부분을 요약하고 있다. 표 15에 나타낸 바와 같이, 타겟 전압은 최저 약 400 볼트(전극 세트 #4) 및 최고 약 1,300 볼트(전극 세트 #3)로 설정되었다.
또한, 각각의 전극 세트 내의 각각의 전극에 대한 실제 및 타겟 전압의 막대 차트가 도 69에 도시되어 있다. 따라서, 표 15 뿐만 아니라 도 69에 포함된 데이터는 각각의 전극 세트 내의 전극 디자인 뿐만 아니라 제조 프로세스 동안 각각의 전극에 인가된 타겟 및 실제 전압의 완전한 이해를 제공하고 있다.
<표 15>
실행 ID: AT 096
유량: 200 ml/min
Figure pct00042
* 물 입구로부터 제1 전극 세트의 중심까지의 거리
** 최종 전극 세트의 중심으로부터 물 출구까지의 거리
예 6에 설명된 바와 같이, 원자 흡수 분광(AAS) 샘플이 준비되어 측정값이 얻어졌다. 표 15a는 결과를 나타내고 있다. 표 15a는 표제가 "전극 구성"인 열을 포함한다는 것을 주목하라. 이 열은 문자 "1*" 및 "0"을 포함한다. "1*"은 전극 세트 #1(즉, 1, 5 조합)에 대응하는 전극 구성을 나타내고 있고, 여기서 전극(1)은 네거티브 바이어스되고, 전극(5)은 포지티브 바이어스된다. "0"은 5, 5'의 전극 조합을 나타내고 있다.
<표 15a>
Figure pct00043

표 15a는 표제가 "측정된 Ag PPM"인 열을 포함한다. 이 열은 용액의 은 함량에 대응한다. 나타낸 바와 같이, 측정된 ppm은 51.2 ppm이었고, 이는 임의의 다른 예에서 이용된 다른 8개의 전극 세트에 의해 제조된 임의의 다른 샘플보다 상당히 높았다.
대장균 박테리아에 대한 효능을 결정하기 위한 시도시에(본 명세서에서 더 상세히 전술되어 있음), 이 용액(AT096)은 본 명세서에서 상기의 예 9에 따라 제조된 5개의 용액의 각각에 대해 시험되었다. 구체적으로, 예 9로부터의 모든 5개의 용액 및 AT096은 예 9에서 설명된 바와 같은 정규화된 방식으로 이들의 상대 효능을 비교하기 위해 은에 대해 정확히 동일한 ppm으로 희석되었다. 도 68은 샘플 AT092 내지 AT096의 각각으로부터 취한 동일한 ppm의 은으로 수행된 바이오스크린 씨 미생물 반응기 실행에 대응한다. 도 68의 결과는 AT096이 가장 양호한 성능의 용액 중 하나라는 것을 나타내고 있다. 또한, 임의의 바이오스크린 내의 결과는 비교 목적을 위해 매우 신뢰적이지만, 개별 시간에 수행된 바이오스크린 실행 사이의 결과는 예를 들어 약간 상이한 초기 박테리아 농도, 약간 상이한 박테리아의 성장 스테이지 등에 기인하여 신뢰적인 비교를 제공하지 않을 수도 있다. 따라서, 어떠한 비교도 상이한 시간에 수행된 바이오스크린 실행 사이에 여기서 이루어지지 않았다.
AT096에 사용된 분위기는 공기이고, 공기 플라즈마의 대응 스펙트럼이 도 70a, 도 70b 및 도 70c에 도시되어 있다. 이들 스펙트럼은 도 66a, 도 66b 및 도 66c에 설명된 것들과 유사하다. 추가적으로, 도 70a, 도 70b 및 도 70c는 AT096에서 플라즈마(4)를 제조하는데 사용된 것들과 일치하는 셋업에 따라 모두 생성된 질소, 환원 또는 공기 제거 및 헬륨의 분위기와 관련된 스펙트럼을 도시하고 있다. 이들 분위기 및 그와 관련된 측정은 예 9의 교시에 따라 이루어졌다.
유사하게, 도 71a, 도 71b 및 도 71c는 이 예에서 먼저 사용된 전극(1)의 극성이 역전될 때 플라즈마(4)로부터 취해진 유사한 세트의 스펙트럼을 도시하고 있다. 이와 관련하여, 공기, 질소, 환원 또는 공기 제거, 오존 및 헬륨을 위한 모든 분위기가 또한 이용되었지만, 이 경우에 전극(1)은 포지티브 바이어스되었고 전극(5)[즉, 물(3)의 표면(2)]은 네거티브 바이어스되었다.
예 11
관련 나노입자 용액의 효능 및 세포 독성 시험
이 예는 2개의 상이한 은 기반 나노입자/나노입자 용액 및 하나의 아연 기반 나노입자/나노입자 용액을 제조하기 위해 예 2[AT060], 예 3[AT031 내지 AT064] 및 예 4[BT006 내지 BT012]의 교시에 따른다. 추가적으로, BT006 및 BT012를 제조하기 위한 본 발명의 프로세스에 부분적으로 기초하는 새로운 및 상이한 용액(즉, PT001)이 또한 생성되었다. 일단 생성되면, 이들 용액은 효능 및 세포 독성에 대해 시험되었다.
구체적으로, 예 2(즉, AT060)의 방법에 의해 제조된 용액은 본 명세서에서 전술된 바와 같이 생쥐 간 상피 세포에 대해 세포 독성에 대해 시험되었다. 결과는 도 72a에 도시되어 있다. 마찬가지로, 예 3(즉, AT031)에 따라 생성된 용액은 "AT064"로 제조되었고 또한 마찬가지로 세포 독성에 대해 시험되었다. 결과는 도 72b에 도시되어 있다. 예 4(즉, BT006)에 따라 생성된 재료가 제조되어 "BT012"라 표시되었고 마찬가지로 세포 독성에 대해 시험되었다. 결과는 도 72c에 도시되어 있다.
재료의 혼합물(즉, AT060, AT064 및 BT012)은 이어서 용액(GR5, GR8)에 관해 본 명세서에서 표 8에 나타낸 것에 따라 GR5 및 GR8을 형성하기 위해 제조되었다. 구체적으로, AT064 및 BT012는 함께 혼합되어 GR5를 형성하였고, AT060 및 BT012는 함께 혼합되어 GR8을 형성하여 표 8에 나타낸 것과 각각 동일한 양의 은 및 아연을 생성하였다.
일단 GR5 및 GR8의 용액이 형성되면, 각각에 대한 세포 독성이 측정되었다. 구체적으로, 도 73a 및 도 73b에 도시되어 있는 바와 같이, GR5의 세포 독성이 결정되었다. 이와 관련하여, 은 나노입자 농도에 기초하는 GR5에 대한 LD50은 5.092였고, 반면에 총 나노입자 농도(즉, 은 및 아연의 모두)에 기초하는 LD50은 15.44였다.
비교시에, 도 74a는 4.874인 GR8에 대한 은 나노입자 농도에 기초하는 LD50을 도시하고 있다. 유사하게, 도 74b는 GR8에서의 총 나노입자 농도(즉, 총 은 및 아연 입자)에 관해 18.05인 LD50을 도시하고 있다.
이 예 11에서의 다른 본 발명의 재료인 "PT001"은 이하의 프로세스에 의해 제조되었다. 전극 세트 #1은 1, 5 조합이다. 전극 세트 #2는 또한 1, 5 조합이다. 위치 2 내지 8에는 어떠한 전극 세트도 없었다. 따라서, 이 전극 조합에 대한 표시는 "11XXXXXX"였다. 양 전극 세트 #1 및 #2에서의 전극(1, 5)의 각각의 조성은 고순도 플래티늄(즉, 99.9999%)이었다. 표 16a는 PT001에 대한 특정 실행 조건을 설명하고 있다.
또한, 각각의 전극 세트 내의 각각의 전극에 대한 실제 및 타겟 전압의 막대 차트가 도 75에 도시되어 있다. 따라서, 표 16a, 뿐만 아니라 도 75에 포함된 데이터는 각각의 전극 세트 내의 전극 디자인 뿐만 아니라 제조 프로세스 동안 각각의 전극에 인가된 타겟 및 실제 전압의 완전한 이해를 제공하고 있다.
<표 16a>
실행 ID: PT 001
유량: 150 ml/min
Figure pct00044
* 물 입구로부터 제1 전극 세트의 중심까지의 거리
** 최종 전극의 중심으로부터 물 출구까지의 거리
용액(PT001)은 이어서 BT012(즉, 23 ppm 아연) 내에 존재하는 것들에 동등한 아연 기반 나노입자의 동등한 체적을 갖는 것처럼 처리되었다. 달리 말하면, 약 150 ml의 체적의 PT001이 약 50 ml의 AT064에 첨가되어 GR5*를 생성하였고, 약 170 ml의 체적의 PT001이 약 33 ml의 AT060에 첨가되어 GR8*을 생성하였다. 일단 혼합되면, 이들 새로운 재료 용액(즉, GR5* 및 GR8*)은 세포 독성을 시험하기에 앞서 24시간 동안 방치되었다.
도 76a는 GR5*에 대한 LD50이 8.794(즉, 총 은 나노입자 농도에 기초함)라는 것을 도시하고 있다. 이는 7.0505의 AT064에서의 은만에 대한 LD50 및 5.092의 GR5에 대한 LD50(은 농도만에 기초함)과 비교된다.
마찬가지로, 도 76b는 은 나노입자 농도의 함수로서의 GR8*의 세포 독성을 도시하고 있다. GR8*에 대한 LD50(즉, 은 나노입자 농도에 기초함)은 7.165이다. 이는 9.610의 AT0606에 대한 LD50 및 4.874의 GR8에 대한 LD50(은 농도만에 기초함)에 직접 비교된다.
따라서, GR5* 및 GR8*의 각각의 LD50은 각각 GR5 및 GR8의 대응 LD50보다 높았다(즉, 혼합물 GR5 및 GR8의 각각 내의 음 함량에 대해).
GR5 및 GR5*의 각각의 대장균에 대한 생물학적 효능이 다음에 비교되었다. 구체적으로, 도 77a는 본 명세서에서 전술된 절차에 따라 실행된 바이오스크린 반응을 도시하고 있다. 이 바이오스크린 반응에서, GR5 및 GR5*의 성능은 실질적으로 동일하였다.
마찬가지로, 대장균에 대한 생물학적 효능 사이의 비교는 또한 GR8 및 GR8*에 대해 수행되었다. 이 비교는 도 77b에 도시되어 있다. GR8 및 GR8*은 모두 실질적으로 동일한 생물학적 성능을 가졌다.
따라서, 이 예는 용액(GR5, GR8)의 세포 독성이 혼합물 GR5 및 GR8의 각각 내에서 BT012 대신에 용액(PT001)을 이용함으로써 저하될 수 있다는 것을 나타내고 있다. 더욱이, 이러한 세포 독성은 도 77a 및 도 77b에 도시되어 있는 바와 같이 대장균에 대한 생물학적 효능을 희생하지 않고 저하된다.
그러나, 다른 생체내 장점은 예를 들어 용액(GR5, GR8) 내의 BT012에 대응하는 재료의 존재에 의해 얻어질 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
예 12
가변 아연 나노입자/나노입자 용액의 첨가에 의한 2개의 상이한
은 기반 나노입자/나노입자 용액의 생물학적 성능의 비교 및 관련 시효 연구
예 11에 개시된 재료, 즉 AT064 및 AT060과 BT012의 등가물(즉, BT013)이 다양한 비율로 함께 혼합되어 생물학적 효능의 임의의 차이가 관찰될 수 있는지의 여부가 판정되었다(예를 들어, 도 49 및 도 50에 도시되어 있는 연구와 유사함). 그러나, 이 연구에서, 용액을 함께 혼합하고 생물학적 효능을 시험하는 것 사이에 경과된 시간의 함수로서의 생물학적 효능이 조사되었다.
구체적으로, 도 78a는 다양한 AT064와 BT013의 혼합물의 생물학적 효능 결과를 도시하고 있는데, 여기서 AT064의 양은 첨가된 BT013의 양에 대해 일정한 ppm으로 유지된다. 따라서, 이는 2 ppm Zn, 4 ppm Zn, 8 ppm Zn 및 13 ppm Zn에 따라 첨가되는 아연의 증가하는 시퀀스를 초래한다. 이들 상이한 양의 Zn 첨가는 도 49 및 도 50에 연관된 데이터를 생성하기 위해 사용된 유사한 접근법에 의해 성취되었다. 도 78a는 AT064의 생물학적 성능이 BT013을 첨가함으로써 향상된 것을 명백하게 도시하고 있다. 효능 시험은 AT064 및 BT013을 함께 혼합한 직후에 시작되는 것을 주목하라. 구체적으로, 도 78a는 이러한 혼합물이 바이오스크린 실행의 시작에 가능한 한 근접한 시간(Δt=0)에 혼합되는 다양한 은-아연 혼합물의 생물학적 성능을 도시하고 있다. 첨가된 13 ppm Zn은 AT064에 대해 매우 향상된 성능을 나타내었고, 뿐만 아니라 다른 더 낮은 ppm 아연 레벨도 마찬가지이다. 그러나, 단지 약간의 성능 차이가 서로에 대해 2 ppm, 4 ppm 및 8 ppm Zn 첨가 사이에 존재하였다. 이들 상대적인 성능은 도 78b에서 더욱 향상되었다.
구체적으로, 도 78b는 바이오스크린 시험에 배치되기에 앞서 대략 24시간 동안 함께 혼합된 후에 원재료 AT064 및 BT013이 방해받지 않고 방치되게 허용하는 것에 대응하는 Δt=1을 도시하고 있다. 생물학적 효능의 명백한 차이가 AT064에 대한 모든 Zn ppm 첨가 사이에 보여지고 있는데, 13 ppm은 여전히 0.8일 후에 부정적인 제어에 대응하여 수행된다. 따라서, BT013과 AT064의 혼합에 의한 향상된 성능은 생물학적 효능 시험에 앞서 혼합 후에 소정 시간이 경과하게 함으로써 성취되었다.
도 79a는 도 78a와는 약간 상이한 결과를 도시하고 있다. 특히, 도 79a는 2 ppm Zn, 4 ppm Zn, 8 ppm Zn 및 13 ppm Zn과 혼합될 때 AT060의 생물학적 효능의 변화를 도시하고 있다. 도 78a와는 대조적으로, AT060에 대한 2 ppm 및 4 ppm 아연 첨가는 함께 혼합되어 즉시적인 생물학적 시험을 수행한 후에 어떠한 생물학적 효능의 변화도 나타내지 않았다. 따라서, 이 실험에서 AT060과 BT013을 혼합하고 바이오스크린에서의 즉시 시험에 대응하는 Δt=0에서, 어떠한 효능의 향상도 2 ppm 및 4 ppm Zn의 첨가에 대해 관찰되지 않았다. AT060의 약간의 향상된 성능은 8 ppm Zn 및 13 ppm Zn에서 관찰되었다.
그러나, 생물학적 효능 결과는 도 79b에서 매우 상이하다. 이 효능 실험에서, 성분 AT060 및 BT013은 대략 24시간에 대응하는 Δt=1 동안 함께 방치되도록 허용되었다. 재료 AT060 및 BT013이 대략 24시간 동안 방치되도록 허용된 후에, 이어서 후속의 바이오스크린 시험이 수행되었고, 도 78b에 도시되어 있는 것과 유사한 효능의 확산이 관찰되었다. 구체적으로, 그에 첨가된 Zn의 2 ppm, 4 ppm, 8 ppm 및 13 ppm의 각각의 첨가에 의해 AT060 사이에 존재하는 명백한 생물학적 효능 차이가 있다.
추가의 생물학적 효능 시험이 추가의 "보유 시간"이 임의의 추가의 향상 효과를 갖는지를 판정하기 위해 실행되었다. 구체적으로, 도 79c의 데이터는 증가하는 Zn ppm 농도의 함수로서의 AT060의 효능 변화를 시험하기에 앞서 Δt=2(즉, 대략 48시간)의 "유지 시간"에 대응한다. 도 79c에 도시되어 있는 효능 변화는 도 79b에 도시되어 있는 효능 변화와 실질적으로 일치하는 것으로 판정되었다. 따라서, 도 79b에서 발생된 반응은 24시간 내지 48시간에 임의의 더 큰 정도로 발생하지는 않는 것이 명백하다.
도 78 대 도 78b에서 그리고 도 79a 대 도 79b 및 도 79c에서 관찰된 생물학적 효능의 차이를 분류하기 위해, 동적 광 산란("DLS") 실험이 본 명세서에서 전술된 절차에 따라 수행되었다.
구체적으로, 2개의 세트의 DLS 시험이 수행되었다. 제1 시험은 AT064 및 BT013을 비례적으로 함께 혼합하여 GR5를 생성하였다(즉, 약 50 ml의 AT064 및 약 150 ml의 BT013). 제2 시험은 AT060 및 BT013을 비례적으로 함께 혼합하여 GR8을 생성하였다(즉, 약 33 ml의 AT060 및 약 170 ml의 BT013).
전술된 재료를 함께 혼합한 후의 시간의 함수로서의 DLS 측정의 결과가 도 80 및 도 81에 도시되어 있다. 구체적으로, 도 80a 내지 도 80f는 6개의 상이한 시간, 즉 t=0, t=80분, t=5시간, t=5.5시간, t=6시간 및 t=21시간에서 취한 DLS 크기 측정치를 도시하고 있다. 유사하게, 도 81a 내지 도 81e는 5개의 상이한 시간, 즉 t=0, t=80분, t=4시간, t=5시간 및 t=21시간에서 취한 DLS 크기 측정치를 도시하고 있다.
도 80 및 도 81에 도시되어 있는 결과로부터, 하나 이상의 반응(들)이 AT064와 BT013 사이에 발생할 뿐만 아니라, 하나 이상의 반응(들)이 AT060과 BT013 사이에 발생한다는 것이 명백하다. AT064와 AT060의 초기 입경은 상이할 수 있지만, 예를 들어 본 명세서에서 전술된 도 43의 TEM 현미경 사진에 따르면, Ag를 함유하는 용액과 Zn을 함유하는 용액의 농도 및 특성은 GR5 및 GR8의 각각에서 상이하다. 어느 경우든, GR5 및 GR8을 포함하는 혼합물의 모두의 DLS 측정은 비교적 큰 입경이 존재하는 것을 나타내고 있다. 어쩌면 몇몇 입자 응집이 발생할 수도 있다. 그러나, 5 내지 6시간의 기간 후에, DLS 측정은 검출된 입경이 상당히 감소되어 있는 것을 지시한다. 또한, 21시간 후에, DLS 측정은 검출된 입경이 실질적으로 동등하다는 것을 제안한다.
임의의 특정 이론 또는 설명에 의해 구속되기를 바라지 않고, 입자 크기 및 생물학적 성능(예를 들면, 대장균에 대한 효능)이 관련된다는 것이 명백하다.
1: 전극 1a, 1b: 전극
2: 표면 3: 액체
4: 플라즈마 4a, 4b: 플라즈마
5, 5': 전극 5a, 5b: 전극
6a, 6b: 전극 홀더 7a, 7b: 전기 절연부
8: 절연 부재 9, 9': 전극 팁
10: 전원 11a, 11b: 와이어
13a, 13b, 13c: 마찰 메커니즘 20: 제어 디바이스
30: 홈통 부재 31: 입구부
32: 출구부 35': 커버

Claims (40)

  1. 적어도 하나의 액체를 개질하기 위한 실질적으로 연속적인 방법으로서,
    적어도 하나의 홈통 부재를 통해 적어도 하나의 액체를 유동시키는 것과,
    상기 적어도 하나의 액체의 적어도 일부와 적어도 하나의 플라즈마를 접촉시키는 것과,
    상기 홈통 부재 내에서 적어도 하나의 전기 화학 반응을 발생시키는 것
    을 포함하는 것인 연속적인 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 홈통 부재는 액체가 그 내부에 유동할 수 있게 하는 도관을 포함하는 것인 연속적인 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마는 조정 가능한 플라즈마를 포함하는 것인 연속적인 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 조정 가능한 플라즈마는 상기 적어도 하나의 액체로부터 이격된 적어도 하나의 전극과 상기 적어도 하나의 액체의 일부 사이에 생성되는 것인 연속적인 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 적어도 하나의 전극은 상기 적어도 하나의 조정 가능한 플라즈마 내에 존재하는 적어도 하나의 종을 그로부터 제공하는 것인 연속적인 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마는 상기 적어도 하나의 액체의 표면의 적어도 일부에 접촉하는 것인 연속적인 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 전기 화학 반응은 상기 적어도 하나의 액체에 접촉하여 그와 반응하는 적어도 하나의 세트의 전극을 포함하는 것인 연속적인 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 전기 화학 반응은 상기 적어도 하나의 액체와 상기 적어도 하나의 플라즈마의 상기 접촉에 이어서 발생하는 것인 연속적인 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 플라즈마는 적어도 하나의 플라즈마 형성 금속 전극과 상기 적어도 하나의 액체의 표면의 적어도 일부 사이에 생성된 플라즈마를 포함하는 것인 연속적인 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 적어도 하나의 플라즈마 형성 금속 전극의 적어도 하나의 성분은 상기 플라즈마 내에 존재하는 것인 연속적인 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 적어도 하나의 성분은 상기 적어도 하나의 액체의 적어도 일부를 포함하는 것인 연속적인 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 적어도 하나의 전기 화학 반응은 상기 적어도 하나의 플라즈마 형성 금속 전극의 상기 적어도 하나의 성분이 상기 적어도 하나의 액체 내에 존재한 후에 발생하는 것인 연속적인 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 적어도 2개의 전극은 상기 적어도 하나의 액체에 접촉하여 상기 적어도 하나의 전기 화학 반응이 발생하게 하는 것인 연속적인 방법.
  14. 제13항에 있어서, 전원이 상기 적어도 2개의 전극 사이에 제공되어 상기 적어도 하나의 전기 화학 반응이 발생되게 하는 것인 연속적인 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 적어도 2개의 전극은 적어도 하나의 금속 성분을 포함하는 것인 연속적인 방법.
  16. 제14항에 있어서, 상기 적어도 2개의 전극은 상기 적어도 하나의 액체 내에서의 금속 기반 나노입자의 형성을 보조하는 것인 연속적인 방법.
  17. 적어도 하나의 액체를 개질하기 위한 실질적으로 연속적인 방법으로서,
    적어도 하나의 홈통 부재를 통해 적어도 하나의 액체의 유동 방향을 생성하는 것과,
    상기 적어도 하나의 액체의 표면으로부터 이격된 적어도 하나의 금속 기반 플라즈마 형성 전극을 제공하는 것과,
    상기 적어도 하나의 금속 기반 플라즈마 형성 전극과 상기 적어도 하나의 액체의 상기 표면 사이에 적어도 하나의 플라즈마를 형성하는 것과,
    상기 적어도 하나의 액체의 적어도 일부에 접촉하는 적어도 하나의 세트의 전극을 제공하는 것으로서, 상기 적어도 하나의 세트의 전극은 상기 액체가 상기 적어도 하나의 금속 기반 플라즈마 형성 전극을 지나 유동한 후에 상기 적어도 하나의 액체에 접촉하는 것인 적어도 하나의 세트의 전극을 제공하는 것과,
    상기 적어도 하나의 세트의 전극이 상기 적어도 하나의 액체의 적어도 일부와 반응하게 하는 것
    을 포함하는 것인 연속적인 방법.
  18. 액체를 실질적으로 연속적으로 개질하기 위한 디바이스로서,
    적어도 하나의 홈통 부재와,
    적어도 하나의 플라즈마 형성 금속 기반 전극과,
    적어도 하나의 전기 화학 반응을 수행하기 위한 적어도 하나의 세트의 금속 기반 전극과,
    상기 적어도 하나의 플라즈마 형성 금속 기반 전극에 접속된 적어도 하나의 제1 전원과,
    상기 적어도 하나의 전기 화학 반응을 수행하기 위해 상기 적어도 하나의 세트의 금속 기반 전극에 접속된 적어도 하나의 제2 전원
    을 포함하는 것인 디바이스.
  19. 제18항에 있어서, 상기 적어도 하나의 홈통 부재에 액체를 공급하기 위한 적어도 하나의 수단을 더 포함하는 것인 디바이스.
  20. 제18항에 있어서, 금속 기반 나노입자가 상기 적어도 하나의 플라즈마 형성 금속 기반 전극과 상기 적어도 하나의 세트의 금속 기반 전극 중 적어도 하나로부터 상기 액체 내에 생성되는 것인 디바이스.
  21. 유동하는 액체 내에 금속 기반 나노입자를 연속적으로 형성하기 위한 디바이스로서,
    적어도 하나의 입구부 및 적어도 하나의 출구부를 포함하는 적어도 하나의 홈통 부재와,
    상기 출구부보다 상기 입구부에 더 근접하게 위치되어 적어도 하나의 제1 전원에 접속된 적어도 하나의 플라즈마 형성 금속 기반 전극과,
    상기 입구부보다 상기 출구부에 더 근접하게 위치되어 적어도 하나의 제2 전원에 접속된 적어도 하나의 세트의 금속 기반 전극
    을 포함하는 것인 디바이스.
  22. 제21항에 있어서, 상기 액체는 물을 포함하는 것인 디바이스.
  23. 제21항에 있어서, 상기 적어도 하나의 플라즈마 형성 금속 기반 전극은 플래티늄, 티타늄, 아연, 은, 구리, 금 및 이들의 합금 및 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 재료를 포함하는 것인 디바이스.
  24. 제21항에 있어서, 상기 적어도 하나의 세트의 금속 기반 전극은 플래티늄, 티타늄, 아연, 은, 구리, 금 및 이들의 합금 및 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 재료를 포함하는 것인 디바이스.
  25. 제24항에 있어서, 상기 적어도 하나의 플라즈마 형성 금속 기반 전극 및 상기 적어도 하나의 세트의 금속 기반 금속은 현저하게 상이한 금속을 포함하는 것인 디바이스.
  26. 제24항에 있어서, 상기 적어도 하나의 플라즈마 형성 금속 기반 전극 및 상기 적어도 하나의 세트의 금속 기반 금속은 실질적으로 동일한 금속을 포함하는 것인 디바이스.
  27. 제21항에 있어서, 적어도 2개의 플라즈마 형성 금속 기반 전극이 제공되는 것인 디바이스.
  28. 제21항에 있어서, 적어도 2개의 세트의 금속 기반 전극이 제공되는 것인 디바이스.
  29. 제21항에 있어서, 적어도 2개의 플라즈마 형성 금속 기반 전극은 상기 출구부보다 상기 입구부에 더 근접하게 위치되고, 적어도 2개의 세트의 금속 기반 전극은 상기 입구부보다 상기 출구부에 더 근접하게 위치되는 것인 디바이스.
  30. 제21항에 있어서, 적어도 2개의 금속 기반 전극은 상기 출구부보다 상기 입구부에 더 근접하게 위치되고, 상기 유동하는 액체는 상기 적어도 하나의 세트의 금속 기반 전극에 접촉하기 전에 상기 적어도 2개의 플라즈마 형성 금속 기반 전극에 접촉하는 것인 디바이스.
  31. 제21항에 있어서, 상기 적어도 하나의 홈통 부재는 선형 형상, "Y형" 및 "ψ형" 중 적어도 하나를 포함하는 것인 디바이스.
  32. 적어도 하나의 유동하는 액체를 연속적으로 개질하기 위한 디바이스로서,
    적어도 하나의 입구부 및 적어도 하나의 출구부를 포함하는 적어도 하나의 홈통 부재와,
    상기 출구부보다 상기 입구부에 더 근접하게 위치된 적어도 하나의 플라즈마 형성 전극과,
    상기 입구부보다 상기 출구부에 더 근접하게 위치된 적어도 하나의 세트의 금속 기반 전극으로서, 상기 유동하는 액체는 상기 적어도 하나의 세트의 금속 기반 전극에 접촉하기 전에 상기 적어도 하나의 플라즈마 형성 전극에 접촉하는 것인 적어도 하나의 세트의 금속 기반 전극
    을 포함하는 것인 디바이스.
  33. 제32항에 있어서, 상기 적어도 하나의 홈통 부재는 선형 형상, "Y형" 및 "ψ형" 중 적어도 하나를 포함하는 것인 디바이스.
  34. 제32항에 있어서, 상기 적어도 하나의 플라즈마 형성 금속 기반 전극 둘레에 제공된 적어도 하나의 분위기 제어 디바이스를 더 포함하는 것인 디바이스.
  35. 제32항에 있어서, 상기 적어도 하나의 플라즈마 형성 전극 및 상기 적어도 하나의 세트의 금속 기반 전극으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 부재의 높이를 조정하기 위한 적어도 하나의 제어 디바이스를 더 포함하는 것인 디바이스.
  36. 제33항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제어 디바이스는 상기 적어도 하나의 부재를 가로지르는 실질적으로 일정한 전압을 유지함으로써 상기 높이를 조정하는 것인 디바이스.
  37. 제32항에 있어서, 제1 플라즈마 형성 전극이 복수의 세트의 금속 기반 전극으로부터 상류측에 위치되는 것인 디바이스.
  38. 제32항에 있어서, 적어도 2개의 플라즈마 형성 전극이 복수의 세트의 금속 기반 전극으로부터 상류측에 위치되는 것인 디바이스.
  39. 제37항에 있어서, 적어도 하나의 분위기 제어 디바이스가 상기 제1 플라즈마 형성 전극을 둘러싸는 것인 디바이스.
  40. 제32항에 있어서, 상기 적어도 하나의 액체는 물이고, 상기 적어도 하나의 플라즈마 형성 전극은 플래티늄, 티타늄, 아연, 은, 구리, 금 및 이들의 합금 및 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 재료를 포함하고, 상기 적어도 하나의 세트의 금속 기반 전극은 플래티늄, 티타늄, 아연, 은, 구리, 금 및 이들의 합금 및 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 재료를 포함하는 것인 디바이스.
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